Controllo Individuale del Bilanciamento della Tensione CC per Trasformatore Elettronico di Potenza a Ponte H in Cascata con Topologia DC-Link Separata

     In questo articolo, viene proposta una strategia complessiva di bilanciamento della tensione continua individuale (inclusa la tensione continua ad alta e bassa tensione) per il trasformatore elettronico di potenza con topologia separata del collegamento a corrente continua. La strategia regola le potenze attive che passano attraverso le fasi di isolamento e di uscita in diversi moduli di potenza per migliorare la capacità di bilanciamento della tensione continua. Attraverso questa strategia, i collegamenti a corrente continua ad alta e bassa tensione possono essere ben bilanciati quando si verifica un disequilibrio tra diversi moduli di potenza (ad esempio, discrepanze nei parametri dei componenti o alcuni dei collegamenti a corrente continua ad alta o/ed a bassa tensione sono connessi a fonti di energia rinnovabile o/ed a carichi a corrente continua). La strategia proposta è analizzata e supportata da una validazione sperimentale.

1.Introduzione.

    Il trasformatore elettronico di potenza (EPT), anche chiamato trasformatore a stato solido (SST) , o trasformatore elettronico di potenza (PET) , è considerato un componente chiave per la futura rete elettrica. Ha molte caratteristiche avanzate, come l'integrazione dell'energia rinnovabile, la connessione alla rete principale e alle microreti AC/DC , la regolazione della tensione di uscita, la soppressione degli armonici, la compensazione della potenza reattiva e l'isolamento dei guasti.

Per l'EPT a tre stadi nelle applicazioni ad alta tensione e alta potenza, ci sono diverse topologie promettenti che sono state studiate, come l'EPT a ponte H in cascata , l'EPT a convertitore multilivello modulare (MMC)  e l'EPT a livelli multipli con clamping . Nel 2012, un EPT monofase a ponte H in cascata da 15 kV 1,2 MVA è stato installato su un locomotore per ridurre il volume e migliorare l'efficienza sostituendo il trasformatore lineare di potenza a 16,67 Hz . Nel 2015, un EPT trifase a ponte H in cascata da 10 kV/400 V 500 kVA è stato installato in una rete di distribuzione per fornire un'energia di alta qualità .

2.EPT con topologia separata del collegamento a corrente continua.

    Fig mostra il circuito principale dell'EPT trifase con la topologia separata del collegamento a corrente continua presentata . È una configurazione in serie all'ingresso e in parallelo all'uscita a tre stadi con      n     PM per fase. I tre stadi sono lo stadio di ingresso, lo stadio di isolamento e lo stadio di uscita. In Fig, ci sono due porte AC e sei porte DC. Per il PM 1 in ogni fase, ci sono una porta DC ad alta tensione e una porta DC a bassa tensione per connettere fonti di energia rinnovabile e carichi a corrente continua con diversi livelli di tensione.

3.Strategia complessiva di bilanciamento della tensione continua individuale proposta.

    Quando le fonti di energia rinnovabile e i carichi a corrente continua sono connessi alle porte DC dell'EPT (ad esempio, porte DC A_H e A_L, mostrate in Fig. 1) o si verifica una discrepanza nei parametri dei componenti, ci sarà un disequilibrio di potenza tra diversi PM. Se il disequilibrio di potenza supera la capacità di regolazione del controllore di bilanciamento della tensione continua, le tensioni continue saranno diseguali. In questa sezione, lo scenario delle fonti di energia rinnovabile e dei carichi a corrente continua sarà analizzato come esempio. 

4.Realizzazione della strategia complessiva di bilanciamento della tensione continua individuale proposta.

    La strategia proposta contiene due parti: una strategia di bilanciamento individuale del collegamento a corrente continua ad alta tensione nello stadio di isolamento e una strategia di bilanciamento individuale del collegamento a corrente continua a bassa tensione nello stadio di uscita.

5.Conclusioni.

     In questo articolo, è stata proposta una strategia complessiva di bilanciamento della tensione continua individuale per l'EPT con la topologia separata del collegamento a corrente continua. Le capacità di bilanciamento della tensione continua delle tre strategie complessive di bilanciamento della tensione continua individuale sono state analizzate e classificate. I risultati della classificazione indicano che la strategia proposta ha la capacità di bilanciamento della tensione continua più forte. Questa conclusione è supportata dalla verifica sperimentale. I risultati sperimentali hanno mostrato che i collegamenti a corrente continua ad alta e bassa tensione individuali possono essere ben bilanciati con la strategia proposta quando ci sono discrepanze gravi nei parametri dei componenti o c'è una grande proporzione di potenza a corrente continua nella potenza totale. Infatti, con la strategia proposta, i collegamenti a corrente continua ad alta e bassa tensione individuali possono essere bilanciati in condizioni di grave squilibrio, purché le potenze che passano attraverso il PM siano entro la potenza massima consentita .

Fonte: IEEE Xplore.

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