ارایه مدولاسیون پهنای باند با روش شیفت فاز اصلاح شده به منظور گسترش ناحیه عملکرد خطی مبدل چندسطحی مدولار هیبرید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه مهندسی برق، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

مبدلهای چندسطحی مدولار هیبرید که از ترکیب مبدلهای نیم پل و تمام پل تشکیل شده اند، اخیرا در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفته اند. مبدلهای هیبرید در مقایسه با نوع غیرهیبرید دارای مزایای محتلفی مانند توانایی خنثی کردن جریان اتصال کوتاه سمت DC و کنترل توان راکتیو سمت AC در حین خطا میباشد. در این مقاله یک روش مدولاسیون پهنای پالس شیفت فاز یافته اصلاح شده معرفی شده است که از ترکیب یک روش مدولاسیون پهنای پالس بهبود یافته با قابلیت حذف پالسهای دارای عدم تطابق و روش تزریق هارمونیک سوم تشکیل شده است. روش پیشنهادی علاوه بر اینکه محتوای هارمونیکی ولتاژ خروجی و توزیع نامتقارن تلفات بین مبدلهای نیم پل و تمام پل را کاهش میدهد، در ضمن ناحیه عملکرد خطی اینورتر چندسطحی را نیز میتواند افزایش دهد که نهایتا منجر به بهبود بهره برداری از منبع DC اینورتر میشود. روابط ریاضیاتی روش پیشنهادی ارایه شده و به منظور بررسی کارایی اینورتر چندسطحی مدولار هیبید با روش پیشنهادی، تلفات و راندمان محاسبه شده و با روش متداول مدولاسیون پهنای پالس شیفت فاز مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی در نرم افزار Matlab/Simulink عملکرد مناسب روش پیشنهادی را نشان میدهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]    A. Lesnicar and R. Marquardt, “New Concept for High Voltage – Modular Multilevel Converter,” Proc. Int. Power Electr. Conf., pp. 1-7, 2010.
[2]    A. Lesnicar and R. Marquardt, “An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range,” Proc. IEEE Power Tech. Conf. vol. 3, pp. 272-277, 2003.
[3]    S. Debnath, J. Qin, B. Bahrani, M. Saeedifard, and P. Barbosa, “Operation, control, and applications of the modular multilevel converter: A review,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 1, pp. 37-53, 2015.
[4]    E. Seifi Najmi, A. Ajami, and A. H. Rajaei, “A generalized modular multilevel current source inverter,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 5, no. 2, pp. 181-190, 2017.
[5]    A. Nami, J. Liang, F. Dijkhuizen, and G. D. Demetriades, “Modular multilevel converters for HVDC applications: Review on converter cells and functionalities,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 1. pp. 18-36, 2015.
[6]    S. Allebrod, R. Hamerski, and R. Marquardt, “New transformerless, scalable modular multilevel converters for HVDC-transmission,” Proc. IEEE Annu. Power Electron. Specialists Conf., pp. 174-179, 2008.
[7]    B. D. Gemmell, J. Dorn, D. Retzmann, and D. Soerangr, “Prospects of multilevel VSC Technologies for power transmission,” Proc. IEEE PES Powering Toward Future Trans. Distrib. Exposition Conf., pp. 116, 2008.
[8]    H. Akagi, S. Inoue, and T. Yoshii, “Control and performance of a transformer less cascade PWM STATCOM with star configuration,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 43, no. 4, pp. 1041-1049, 2007.
[9]    Q. Hao, J. Man, F. Gao, and M. Guan, “Voltage limit control of modular multilevel converter based unified power flow controller under unbalanced grid conditions,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 33, no. 3, pp. 1319-1327, 2018.
[10]  B. Novakovic and A. Nasiri, “Modular multilevel converter for wind energy storage applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 11, pp. 8867-8876, 2017.
[11]  M. Farhadi Kangarlu, E. Babaei, and F. Blaabjerg, “An LCL-filtered single-phase multilevel inverter for grid integration of PV systems,” J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 4, no. 1, pp. 54-65, 2016.
[12]  B. Li, S. Zhou, D. Xu, S. J. Finney, and B. W. Williams, “A hybrid modular multilevel converter for medium-voltage variable-speed motor drives,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 6, pp. 4619-4630, 2017.
[13]  M. Mehrasa, E. Pouresmaeil, S. Zabihi, and J. P. S. Catalão, “Dynamic model, control and stability analysis of MMC in HVDC transmission systems,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 32, no. 3, pp. 1471-1482, 2017.
[14]  M. Lu, J. Hu, L. Lin, and K. Xu, “Zero DC voltage ride through of a hybrid modular multilevel converter in HVDC systems,” IET Renew. Power Gener., vol. 11, no. 1, pp. 35-43, 2017.
[15]  L. Tang and B. T. Ooi, “Locating and isolating DC faults in multi-terminal DC systems,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 22, no. 3, pp. 1877-1884, 2007.
[16]  A. J. Watson, E. K. Amankwah, and J. C. Clare, “Operation of a hybrid modular multilevel converter during grid voltage unbalance,” IET Gener. Transm. Distrib., vol. 10, no. 12, pp. 3102-3110, 2016.
[17]  R. Zeng, L. Xu, L. Yao, and B. W. Williams, “Design and operation of a hybrid modular multilevel converter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 3, pp. 1137-1146, 2015.
[18]  S. Lu, L. Yuan, K. Li, and Z. Zhao, “An improved phase-shifted carrier modulation scheme for a hybrid modular multilevel converter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 1, pp. 81-97, 2017.
[19]  R. Alaei, “Modular multilevel converters for power transmission systems,” Ph.D. dissertation, Dept. Elect. Comput. Eng., University of Alberta, Alberta, Canada, 2017.
[20]  P. M. Meshram and V. B. Borghate, “A simplified nearest level control (NLC) voltage balancing method for modular multilevel converter (MMC),” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 1, pp. 450-462, 2015.
[21]  S. Rohner, S. Bernet, M. Hiller, and R. Sommer, “Modulation, losses, and semiconductor requirements of modular multilevel converters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2633-2642, 2010.
[22]  A. Dekka, B. Wu, R. L. Fuentes, M. Perez, and N. R. Zargari, “Evolution of topologies, modeling, control schemes, and applications of modular multilevel converters,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 5, no. 4, pp. 1631-1656, 2017.
[23]  S. Kouro et al., “Recent advances and industrial applications of multilevel converters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2553-2580, 2010.
[24]  R. Darus, G. Konstantinou, J. Pou, S. Ceballos, and V. G. Agelidis, “Comparison of phase-shifted and level-shifted PWM in the modular multilevel converter,” Proc. Int. Power Electron. Conf., pp. 3764-3770, 2014.
[25]  B. Li, R. Yang, D. Xu, G. Wang, W. Wang, and D. Xu, “Analysis of the phase-shifted carrier modulation for modular multilevel converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 1, pp. 297-310, 2015.
[26]  S. Cui, S. Kim, J. J. Jung, and S. K. Sul, “Principle, control and comparison of modular multilevel converters (MMCs) with DC short circuit fault ride-through capability,” Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expos., pp. 610-616, 2014.
[27]  G. Bergna et al., “Mitigating DC-side power oscillations and negative sequence load currents in modular multilevel converters under unbalanced faults-first approach using resonant PI,” Proc. Ind. Electron.Conf., pp. 537-542, 2012.
[28]  D. G. Holmes and T. A. Lipo, Pulse width modulation for power converters: principles and practice. vol. 18. John Wiley & Sons, 2003, pp. 215-258.
[29]  D. G. Holmes and B. P. McGrath, “Opportunities for harmonic cancellation with carrier-based PWM for two-level and multilevel cascaded inverters,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 2, pp. 574-582, 2001.
[30]  R. Marquardt, A. Lesnicar, and J. Hildinger, “Modulares Stromrichterkonzept fur Netzkupplungsanwendungen bei hohen Spannungen,” Proc. ETG-Fachtagung, Bad Nauheim, Germany, pp. 1-7, 2004.
[31]  B. Alamri and M. Darwish, “Precise modelling of switching and conduction losses in cascaded h-bridge multilevel inverters,” Proc. 49th Int. Universities Power Eng. Conf., pp. 1-6, 2014.