یک مبدل چندسطحی مدولار مبتنی بر گیره دوبل (CD-SM) با تعداد اجزای کاهش یافته برای کاربرد HVDC

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

چکیده

کدهای شبکه اخیر به یک ایستگاه مبدل جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) نیاز دارند که متصل باقی بماند و عملکرد قابل اعتمادی را تحت خطاهای مختلف ارائه دهد. یک زیر ماژول بهبود یافته گیره دوبل (CD-SM) در این مقاله معرفی شده است که متعلق به توپولوژی های مبدل چند سطحی مدولار (MMC) است که برای سیستم های جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) پیشنهاد شده است. توپولوژی زیر ماژول پیشنهادی (SM) دارای تعداد کمتری از سوئیچ‌های کنترل، خطاهای سطح مبدل پایین‌تر و قابلیت مسدود کردن خطای DC در مقایسه با توپولوژی‌های زیر ماژول معمولی است. یک CD-SM از پنج $ IGBT$، دو دیود و دو خازن شناور تشکیل شده است که ولتاژ خازن مطابق با نسبت انتشار هندسی دودویی (GP) حفظ می شود که آن را قادر می سازد حداکثر ولتاژ خروجی چهار سطحی را تولید کند. تکنیک مدولاسیون عرض پالس ترکیبی (PWM) برای تولید پالس های سوئیچینگ مورد نظر برای یک مبدل استفاده می شود و تکنیک کنترل متعادل کننده ولتاژ مربوطه، تبادل توان بین مبدل ها را حفظ می کند. در این مقاله، ابعاد مبدل MMC پیشنهادی و عملکرد آن در شرایط خطای مختلف به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. علاوه بر این، یک مقایسه کمی با سایر توپولوژی‌های زیرماژول از نظر قابلیت مسدود کردن خطای dc، سطح ولتاژ خروجی و تعداد دستگاه مورد بحث قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی در MATLAB/Simulink و نتایج آن، اثربخشی توپولوژی پیشنهادی را برای سیستم HVDC مبتنی بر MMC تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  1. M. Diez, A. Costabeber, F. Tardelli, D. Trainer, and J. Clare, “Control and experimental validation of the series bridge modular multilevel converter for hvdc applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, no. 3, pp. 2389–2401, 2019.
  2. Banaei, H. Ajdar Faeghi Bonab, and N. Taghizadegan Kalantari, “Analysis and design of a new single switch non-isolated buck-boost dc-dc converter,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 8, no. 2, pp. 116–127, 2020.
  3. Yinghong, S. Peng, G. Qing, and C. Yu, “Capacitor voltage observation for series-connected-double submodule based modular multilevel converter,” in 2022 4th International Conference on Power and Energy Technology (ICPET), pp. 276–281, IEEE, 2022.
  4. Saleki, S. Rezazade, B. J. Pordanjani, M. Gupta, and M. T. Bina, “A novel protective scheme to improve half-bridge mmc operation against dc fault condition,” in 2022 13th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC), pp. 118–122, IEEE, 2022.
  5. Song, Y. Luo, X. Xiong, F. Blaabjerg, and W. Wang, “An improved submodule topology of mmc with fault blocking capability based on reverse-blocking insulated gate bipolar transistor,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 37, no. 3, pp. 1559–1568, 2021.
  6. Saleki, B. J. Pordanjani, and M. T. Bina, “Dc fault analysis in mmc based hvdc systems along with proposing a modified mmc protective topology for grid stability,” in 2021 25th Electrical Power Distribution Conference (EPDC), pp. 55–59, IEEE, 2021.
  7. Farooq and R. B. Bass, “Frequency event detection and mitigation in power systems: A systematic literature review,” IEEE Access, vol. 10, pp. 61494–61519, 2022.
  8. Prommetta, J. Schindler, J. Jaeger, T. Keil, C. Butterer, and G. Ebner, “Protection coordination of ac/dc intersystem faults in hybrid transmission grids,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 35, no. 6, pp. 2896–2904, 2020.
  9. Yang and M. Saeedifard, “Analysis of the modular multilevel converter under single open-circuit fault in the upper active switch of a submodule,” in 2019 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 1817–1824, IEEE, 2019.
  10. V. M. Farias, A. F. Cupertino, H. A. Pereira, S. I. Seleme, and R. Teodorescu, “On converter fault tolerance in mmchvdc systems: A comprehensive survey,” IEEE J. Emerging Sel. Top. Power Electron., vol. 9, no. 6, pp. 7459–7470, 2020.
  11. He, Q. Yang, and Z. Wang, “On-line fault diagnosis and fault-tolerant operation of modular multilevel converters—a comprehensive review,” CES Tras. Electr. Mach. Syst., vol. 4, no. 4, pp. 360–372, 2020.
  12. Che, J. Z. Bird, A. Hagmüller, and M. E. Hossain, “An adjustable stiffness torsional magnetic spring with a linear stroke length,” in 2021 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 5944–5948, IEEE, 2021.
  13. Yang, Y. Xue, B. Chen, Z. Lin, T. Q. Zheng, and Y. Li, “Novel modular multilevel converter against dc faults for hvdc applications,” CSEE J. Power Energy Syst., vol. 3, no. 2, pp. 140–149, 2017.
  14. Li, Q. Song, W. Liu, H. Rao, S. Xu, and L. Li, “Protection of nonpermanent faults on dc overhead lines in mmc-based hvdc systems,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 28, no. 1, pp. 483–490, 2012.
  15. Hu, Y. Zhu, J. Zhang, F. Deng, and Z. Chen, “Unipolar double-star submodule for modular multilevel converter with dc fault blocking capability,” IEEE Access, vol. 7, pp. 136094–136105, 2019.
  16. Tang, Z. Xu, and Y. Zhou, “Impacts of three mmc-hvdc configurations on ac system stability under dc line faults,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 29, no. 6, pp. 3030–3040, 2014.
  17. V. Iyer, A. K. Sahoo, and N. Mohan, “Asymmetrical modular mutilevel converter (a-mmc) based hvdc system,” in 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 4693–4699, IEEE, 2015.
  18. Seifi Najmi, A. Ajami, and A. Rajaei, “A generalized modular multilevel current source inverter,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 5, no. 2, pp. 181–190, 2017.
  19. Hosseinpour, S. Mansoori, and H. Shayeghi, “Selective harmonics elimination technique in cascaded h-bridge multilevel inverters using the salp swarm optimization algorithm,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 8, no. 1, pp. 32–42, 2020.
  20. Srivastav, A. K. Sahoo, K. V. Iyer, and N. Mohan, “Modulation, control, and performance analysis of asymmetric modular multilevel converter (a-mmc),” IET Power Electron., vol. 11, no. 5, pp. 834–843, 2018.
  21. Rahimian, M. Hosseinpour, and A. Dejamkhooy, “A modified phase-shifted pulse width modulation to extend linear operation of hybrid modular multi-level converter,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 6, no. 2, pp. 183–192, 2018.
  22. Liu, C. Zhang, L. Xu, X. Sun, S. Gu, and X. Li, “Voltage balancing control strategy for mmc based on nlm algorithm,” in 2019 14th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), pp. 1075–1079, IEEE, 2019.
  23. Zeng, W. Lin, and J. Liu, “Switched-capacitor-based active-neutral-point-clamped seven-level inverter with natural balance and boost ability,” IEEE Access, vol. 7, pp. 126889– 126896, 2019.
  24. S. Lee, C. S. Lim, Y. P. Siwakoti, and K.-B. Lee, “Hybrid 7-level boost active-neutral-point-clamped (h-7lbanpc) inverter,” IEEE Trans. Circuits Syst. II: Express Briefs (Early Access), vol. 67, no. 10, pp. 2044–2048, 2019.
  25. Guo, H. Wang, Q. Song, J. Zhang, T. Wang, B. Ren, and Z. Wang, “Hb and fb mmc based onshore converter in series-connected offshore wind farm,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, no. 3, pp. 2646–2658, 2019.
  26. Marquardt, “Modular multilevel converter: An universal concept for hvdc-networks and extended dc-bus-applications,” in The 2010 International Power Electronics ConferenceECCE ASIA-, pp. 502–507, IEEE, 2010.
  27. N. Chaudhari and P. B. Darji, “Asymmetrical modular multilevel converter (a-mmc) with mixed cell sub-modules (sm) for improved dc fault blocking capability and reduced component count,” Majlesi J. Electr. Eng., vol. 17, no. 1, pp. 63–74, 2023.
مجله بهره برداری و اتوماسیون در مهندسی قدرت

مقالات آماده انتشار، اصلاح شده برای چاپ
انتشار آنلاین از تاریخ 17 آبان 1402

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 26 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری: 12 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 04 مرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار