Gemeenschappelijke-modus elektromagnetische interferentievermindering voor vaste stroom transformatoren
Dit artikel vult deze leemte aan door een grondige beoordeling te geven van veelvoorkomende gelijkspanningskoppeling MLC's, waaronder hun topologische evolutie, kenmerken, topologie-vergelijking, modulatietechnieken, besturingstrategieën en industriële toepassingsgebieden. Bovendien worden toekomstperspectieven en aanbevelingen besproken om onderzoekers en ingenieurs een beter begrip te geven van de potentiële toepassingen en voordelen van deze converters.
1.Inleiding.
Met inachtneming van de belangrijkste evolutionaire fasen van MLC's, kunnen de bestaande MLC-topologieën worden ingedeeld in enkele families, zoals aangegeven in de volgende afbeelding. De eerste familie omvat CHB-gebaseerde topologieën en is gekenmerkt door hoge modulariteit en een optimale hoeveelheid powerschakelaars voor uitgangsniveaus [31]. Echter, meerdere geïsoleerde gelijkspanningsbronnen zijn vereist, wat het gebruik van grote isolatietransformatoren noodzakelijk maakt of hun toepasbaarheid beperkt tot toepassingen met verschillende geïsoleerde gelijkspanningsbronnen. Daarnaast is onevenwichtige vermogensverdeling tussen de gecasseerde powerscellen een van de algemene uitdagingen in deze familie. De tweede familie omvat NPC-gebaseerde topologieën zoals 3L-NPC en 3L-T2C converters. Deze converters worden gekenmerkt door robuuste powerschakelingen en eenvoudige bescherming. Echter, dc-link balansering is een essentiële eis in het ontwerp van de besturing van deze topologieën. FC-gebaseerde topologieën gebruiken condensatoren als klemmingselementen om het aantal niveaus te verhogen, waarbij een MLC-familie wordt gevormd die gekenmerkt wordt door hoge flexibiliteit, hoge redundanties en fouttolerante werking. Hybride MLC's worden gevormd door basiscellen van conventionele topologieën en combineren daarom verschillende voordelen van klassieke MLC's met de mogelijkheid om een hoog aantal niveaus te produceren. MMC-topologieën vormen een MLC-familie die een doorbraak vertegenwoordigt voor HV-toepassingen vanwege de hoge efficiëntie en hoge modulariteit.
2. Algemene Gelijkspanningskoppeling Topologieën.
De drie-niveau Active NPC (ANPC) structuur heeft het probleem van vermogensverliesverdeling kunnen aanpakken door gebruik te maken van twee verschillende modulatietechnieken, genaamd modulatiepatronen I en II. Hierbij worden de twee klemmendiodes vervangen door twee actieve schakelaars om de stroomrichting in nulstaten te controleren. Modulatiepatroon I zorgt ervoor dat het grootste deel van de schakelverliezen optreedt in de buitenste schakelaars van elke been, terwijl patroon II de schakelverliezen naar de binnenste schakelaars verplaatst. De FC-categorie omvat de topologieën die FC's gebruiken zonder een geklemde neutraal punt en brengen dus geen probleem van dc-link balansering met zich mee. In deze topologieën worden FC's gebruikt om de gelijkspanningsbronnen te vervangen terwijl spanningniveaus worden gegenereerd. In het algemeen heeft deze familie dankzij de modulariteit de mogelijkheid om relatief hogere niveaus te genereren in vergelijking met de NPC-familie. Bovendien zijn flexibiliteit, fouttolerante werking en verbeterde verliesverdeling tussen schakelaars opvallende kenmerken van deze topologieën. Hybride multilevel converters (HMLCs) combineren meerdere fundamentele topologieën om gebruik te maken van hun respectieve voordelen, terwijl sommige van hun beperkingen worden overwonnen. Voornamelijk kunnen hybride topologieën de spanningbalanscapaciteiten voor zowel dc-link als FC's en de verdeling van vermogensverliezen over schakelaars verbeteren, terwijl het aantal benodigde actieve en passieve componenten wordt verminderd in vergelijking met NPC- en FC-topologieën.
3. Modulatie en Besturing.
Een classificatie van de belangrijkste besturingstechnieken voor multilevel converters wordt weergegeven in de afbeelding hieronder. Zoals bij de twee-niveau converter, bestaat de gecasseerde besturingsstructuur doorgaans uit buitenste en binnenste besturingsfasen naast het modulatorblok. Hoewel de binnenste en buitenste lussen vergelijkbaar zijn in de twee-niveau en multilevel converters, moet de modulatorfase, die voornamelijk nodig is voor scalaire en veldgerichte besturing (FOC), worden aangepast naarmate het aantal niveaus hoger wordt. In deze sectie wordt eerst een overzicht gegeven van de meest populaire, evenals geavanceerde modulators. Ook zullen de besturingstechnieken die geen aparte modulator vereisen, in meer detail worden onderzocht.
4. Industriële Toepassingen.
Historisch gezien worden CHB-inverters gekenmerkt door hun modulariteit, fouttolerantie en de mogelijkheid om een hoog aantal spanningniveaus te genereren door cellen te casceren. Echter, het vereiste van meerdere geïsoleerde gelijkspanningsbronnen (rectifier+transformator vanuit industrieel oogpunt) beperkt hun toepasbaarheid voor een breed scala aan vermogensbereiken. In feite worden CHB-inverters voornamelijk toegepast in hoogvermogensapplicaties (variërend van honderden kilowatt tot megawatts) waarvoor er geen componenten beschikbaar zijn voor dergelijke bereiken. Aan de andere kant worden gemeenschappelijke gelijkspanningskoppeling topologieën gekenmerkt door het gebruik van één gelijkspanningsbron, waardoor ze een goede alternatief zijn in diverse toepassingen zoals driefase industriële systemen. In feite kunnen ze in vele configuraties worden toegepast, zoals 3-Leg 3-Wire, 3-Leg 4-Wire en 4-Leg 4-Wire in motoraandrijvingen, PV-inverters, snelle DC-laders, enz.
Bron: IEEE Xplore
Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er inbreuk wordt gepleegd neem dan contact op voor verwijdering.
