Controle Individual de Equilíbrio de Tensão CC para Transformador Eletrônico de Potência com Topologia de Cascata H-Bridge e DC-Link Separado

     Neste artigo, é proposta uma estratégia geral de equilíbrio de tensão contínua individual (incluindo tensões de ligação contínua de alta e baixa tensão) para o transformador eletrônico de potência com topologia de ligação contínua separada. A estratégia ajusta as potências ativas que fluem através das etapas de isolamento e de saída em diferentes módulos de potência para melhorar a capacidade de equilíbrio da tensão contínua. Através desta estratégia, as ligações contínuas de alta e baixa tensão podem ser bem equilibradas quando ocorre desequilíbrio entre diferentes módulos de potência (por exemplo, desajustes de parâmetros de componentes ou algumas das ligações contínuas de alta ou/ou baixa tensão estão conectadas com fontes de energia renováveis ou/ou cargas contínuas). A estratégia proposta é analisada e suportada por validação experimental.

1.Introdução.

    O transformador eletrônico de potência (EPT), também chamado de transformador de estado sólido (SST) , ou transformador eletrônico de potência (PET) , tem sido considerado um componente-chave para a futura rede elétrica. Ele possui muitas características avançadas, como integração de energia renovável, conexão de rede principal e microrede AC/DC , regulação de tensão de saída, supressão de harmônicos, compensação de potência reativa e isolamento de falhas.

Para o EPT de três estágios em aplicações de alta tensão e alta potência, existem várias topologias promissoras que foram pesquisadas, como o EPT de ponte H em cascata , o conversor modular multnível (MMC) EPT  e o EPT de níveis múltiplos com clamping . Em 2012, um EPT de tração de fase única de 15 kV 1,2 MVA com ponte H em cascata foi instalado em uma locomotiva para reduzir o volume e aumentar a eficiência, substituindo o transformador de potência linear de 16,67 Hz . Em 2015, um EPT de ponte H em cascata trifásico de 10 kV/400 V 500 kVA foi instalado em uma rede de distribuição de energia para fornecer um fornecimento de energia de alta qualidade .

2.EPT com Topologia de Ligação Contínua Separada.

    A Fig mostra o circuito principal do EPT trifásico com a topologia de ligação contínua separada apresentada . É uma configuração de série na entrada e paralelo na saída com      n     PMs por fase. As três etapas são a etapa de entrada, a etapa de isolamento e a etapa de saída. Na Fig, existem duas portas CA e seis portas CC. Para o PM 1 em cada fase, existem uma porta de alta tensão CC e uma porta de baixa tensão CC para conectar fontes de energia renovável e cargas CC com diferentes níveis de tensão.

3.A Estratégia Geral de Equilíbrio de Tensão Contínua Individual Proposta.

    Quando fontes de energia renovável e cargas CC estão conectadas às portas CC do EPT (por exemplo, portas CC A_H e A_L, mostradas em Fig. 1) ou ocorre desajuste de parâmetros de componentes, haverá desequilíbrio de potência entre diferentes PMs. Se o desequilíbrio de potência for além da capacidade de ajuste do controlador de equilíbrio de tensão contínua, as tensões contínuas serão desequilibradas. Nesta seção, o cenário de fonte de energia renovável e carga CC será analisado como exemplo. 

4.Realização da Estratégia Geral de Equilíbrio de Tensão Contínua Individual Proposta.

    A estratégia proposta contém duas partes: uma estratégia de equilíbrio de ligação contínua de alta tensão individual na etapa de isolamento e uma estratégia de equilíbrio de ligação contínua de baixa tensão individual na etapa de saída.

5.Conclusões.

     Neste artigo, foi proposta uma estratégia geral de equilíbrio de tensão contínua individual para o EPT com a topologia de ligação contínua separada. As capacidades de equilíbrio de tensão contínua das três estratégias gerais de equilíbrio de tensão contínua individual foram analisadas e classificadas. Os resultados da classificação indicam que a estratégia proposta tem a maior capacidade de equilíbrio de tensão contínua. Esta conclusão é suportada pela verificação experimental. Os resultados experimentais mostraram que as ligações contínuas de alta e baixa tensão individuais podem ser bem equilibradas com a estratégia proposta quando há desajustes severos de parâmetros de componentes ou quando há uma grande proporção de potência contínua no total de potência. De fato, com a estratégia proposta, as ligações contínuas de alta e baixa tensão individuais podem ser equilibradas sob condições severamente desequilibradas, desde que as potências que fluem através dos PM estejam dentro da potência máxima permitida.

Fonte: IEEE Xplore.

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