Зниження спільного електромагнітного завади для твердотільних трансформаторів

     Ця стаття заповнює цей прогалину, представляючи всебічний огляд звичайних dc-посилань MLC, що охоплює їхнє топологічне розвиток, особливості, порівняння топологій, методи модуляції, стратегії керування та індустріальні області застосування. Додатково обговорюються перспективи майбутнього та рекомендації, щоб надати дослідникам та інженерам краще розуміння потенційних застосувань та переваг цих конвертерів.

1. Вступ.

     З урахуванням основних етапів еволюції MLC, існуючі топології MLC можна розбити на деякі сімейства, як показано на наступному малюнку. Перше сімейство включає топології на основі CHB і має. Ці конвертери характеризуються високою модульною структурою та оптимальною кількістю силових ключів для виводу рівнів [31]. Проте, необхідні багато ізольованих DC-джерел, що вимагає використання громіздких ізоляційних трансформаторів або обмежує їх застосування до систем, що мають кілька ізольованих DC-джерел. Крім того, нерівномірне розподілення потужності між каскадними елементами є однією з типових проблем цього сімейства. Друге сімейство включає топології на основі NPC, такі як 3L-NPC та 3L-T2C конвертери. Ці конвертери характеризуються стійкими силовими цепями та простими захистами. Проте, балансування dc-посилання є важливим вимогам в проектуванні керування цих топологій. Топології на основі FC використовують конденсатори як пригнічуючі компоненти для збільшення кількості рівнів, формуючи сімейство MLC, що характеризується високою гнучкістю, високими резервами та функціональністю при виникненні аварій. Гібридні MLC формуються з базових клітин традиційних топологій, тому поєднують декілька переваг класичних MLC з можливістю виробляти високу кількість рівнів. Топології MMC становлять сімейство MLC, що представляє прорив у високовольтових застосуваннях завдяки своїй високій ефективності та високій модульності.

2. Звичайні топології dc-посилань.

   Трирівнева активна структура NPC (ANPC) змогла вирішити питання розподілу втрат потужності через використання двох різних методів модуляції, відомих як шаблони модуляції I та II, в яких два пригнічуючі діоди замінюються двома активними ключами для контролю напрямку потоку струму в станах нуля. Шаблон модуляції I спричиняє більшість втрат комутації в зовнішніх ключах кожного плеча, тоді як шаблон II переміщує втрати комутації на внутрішні ключі. Сімейство FC включає топології, що використовують FC без пригніченого нейтрального пункту, і, відповідно, не призводить до проблеми балансування dc-посилання. У цих топологіях FC використовуються для заміни dc-джерел, генеруючи рівні напруги. Загалом, завдяки модульності, це сімейство має здатність генерувати відносно більшу кількість рівнів порівняно з сімейством NPC. Більш того, гнучкість, функціональність при виникненні аварій та покращене розподілення втрат між ключами є видатними характеристиками цих топологій. Гібридні багаторівневі конвертери (HMLC) поєднують кілька фундаментальних топологій, щоб скористатися їхніми відповідними перевагами, одночасно подолавши деякі їх обмеження. Преимущественно, гібридні топології можуть поліпшити здатності балансування напруги как для dc-посилань, так и для FC, а также распределение потерь мощности между ключами, снижая количество необходимых активных и пассивных компонентов по сравнению с топологиями NPC и FC.

3. Модуляція та керування.

    Класифікація основних методів керування багаторівневими конвертерами показана на нижній картинці. Як і в дворівневому конвертері, каскадна структура керування зазвичай складається з зовнішніх та внутрішніх етапів керування, а також блоку модулятора. Хоча внутрішні та зовнішні контури схожі в дворівневих та багаторівневих конвертерах, етап модулятора, який головним чином потрібен для скалярного та векторного керування (FOC), повинен бути адаптований, коли кількість рівнів зростає. У цьому розділі, спочатку, представлено огляд найпопулярніших, а також передових модуляторів. Також будуть детальніше розглянуті методи керування, які не потребують окремого модулятора.

4. Індустріальні застосування.

   Історично, інвертори CHB характеризуються своєю модульною структурою, стійкістю до аварій та здатністю генерувати високу кількість рівнів напруги за допомогою каскадних клітин. Проте, вимога багатьох ізольованих DC-джерел (прямий пристрій + трансформатор з точки зору промисловості) обмежує їх застосування для широкого діапазону потужностей. Справді, інвертори CHB в основному використовуються в високопотужних застосуваннях (від сотень кіловатт до мегаватт), де немає доступних компонентів для таких потужностей. З іншого боку, звичайні топології dc-посилань характеризуються використанням одного DC-джерела, що робить їх гарною альтернативою в різних застосуваннях, таких як трифазні промислові системи. Справді, вони можуть бути використані в багатьох конфігураціях, таких як 3-плечева 3-провідна, 3-плечева 4-провідна та 4-плечева 4-провідна в приводах двигунів, інверторах ПВ, швидких DC-зарядках тощо.

Джерело: IEEE Xplore

Пояснення: Шануймо оригінал, добре статті варто поширювати, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.