Pięciopoziomowy przekształtnik AC-DC z predykcyjnym algorytmem minimalizacji napięcia zaburzeń wspólnych

• Autorzy: Wasilewski Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.03.11

Warianty tytułu

EN

Five-level AC-DC converter with predictive common-mode voltage suppression algorithm

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono topologię oraz algorytm sterowania pięciopoziomowego przekształtnika AC-DC przeznaczonego do współpracy z siecią trakcyjną 3 kV DC. W przekształtniku zaimplementowana została metoda sterowania VOC (Voltage Oriented Control) z predykcyjnym regulatorem prądu sieci elektroenergetycznej oraz z algorytmem minimalizacji negatywnego wpływu występowania napięcia zaburzeń wspólnych. Na końcu opracowania przedstawione zostały wyniki badań symulacyjnych układu w środowisku Matlab/Simulink.

EN

This paper presents the topology and the control algorithm of five-level, 3 kV DC, traction AC-DC converter. The VOC (Voltage Oriented Control) method with FCS-MPC (Finite Control Set – Model Predictive Control) grid current regulator has been implemented for the converter. The control algorithm has been also extended with the common-mode voltage suppression component. Last part of this paper presents simulation results and findings of the implemented algorithms in Matlab/Simulink software.

Słowa kluczowe

PL

przekształtnik wielopoziomowy; filtr LCL; napięcie zaburzeń wspólnych; przekształtnik AC-DC

EN

multilevel converter; LCL filter; common-mode voltage; AC-DC converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 3
• Strony: 71--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wasilewski Mateusz

• Politechnika Białostocka, Katedra Elektrotechniki, Energoelektroniki i Elektroenergetyki, ul. Wiejska 45d, 15-351 Białystok

• https://orcid.org/0000-0001-5187-4072

Bibliografia

• [1] Szymański J., „Harmoniczne prądów w sieci zasilania z 12-pulsowymi prostownikami diodowymi”, elektro-info, 3 sierpień 2016. https://www.elektro.info.pl/artykul/napedy-isterowanie/64419,harmoniczne-pradow-w-sieci-zasilania-z-12-pulsowymi-prostownikami-diodowymi (dostęp 24 sierpień 2022).
• [2] Siwakoti Y. P., Palanisamy A., Mahajan A., Liese S., Long T., i Blaabjerg F., „Analysis and Design of a Novel Six-Switch Five-Level Active Boost Neutral Point Clamped Inverter”, IEEE Trans. Ind. Electron., t. 67, nr 12, s. 10485–10496, grudz. 2020, doi: 10.1109/TIE.2019.2957712.
• [3] Rodriguez J., Lai J.-S., i Peng F. Z., „Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications”, IEEE Trans. Ind. Electron., t. 49, nr 4, s. 724–738, sie. 2002, doi: 10.1109/TIE.2002.801052.
• [4] A. H. W. Veas, „Investigation of Multi-Level Neutral Point Clamped Voltage Source Converters using Isolated Gate Bipolar Transistor Modules.”, Rozprawa doktorska, Uniwersytet Techniczny w Dreźnie, Drezno 2019.
• [5] Gryguć M., „Ograniczenie napięcia zaburzeń wspólnych wytwarzanych w przekształtniku trójpoziomowym zasilającym silnik prądu przemiennego”, Praca magisterska, Politechnika Białostocka, Białystok 2018.
• [6] Cui X., Wang L., Han X., Luan W., Zhang X., i Ren Y., „Common Mode Decoupling Control Strategy for A Three-phase Transformerless AC-DC Converter with Independently Controlled Neutral Module”, w 2021 IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC), maj 2021, s. 1–7. doi: 10.1109/CIEEC50170.2021.9510419.
• [7] Niu F. i in., „Common mode current suppression for permanent magnet synchronous motor based on model predictive control”, w 2018 Thirteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER), kwi. 2018, s. 1–6. doi: 10.1109/EVER.2018.8362330.
• [8] Naderi R., Sadigh A. K., i Smedley K. M., „Dual Flying Capacitor Active-Neutral-Point-Clamped Multilevel Converter”, IEEE Trans. Power Electron., t. 31, nr 9, s. 6476–6484, wrz. 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2501401.
• [9] Sadigh A. K., Naderi R., Dargahi V., i Corzine K., „Thermal and Performance Comparison of Active Neutral-Point-Clamped (ANPC) and Dual FlyingCapacitor ANPC (DFC-ANPC) Inverters”, w 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), wrz. 2019, s. 5522–5528. doi: 10.1109/ECCE.2019.8912911.
• [10] Kulikowski K., „Model Predictive Control of Five-Level ANPC Converter with Reduced Number of Calculations”, w 2019 IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), maj 2019, s. 1–5. doi: 10.1109/PRECEDE.2019.8753269.
• [11] Orłowska-Kowalska T., Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
• [12] Falkowski P., „Predykcyjne algorytmy sterowania przekształtnikiem AC/DC/AC”, Rozprawa doktorska, Politechnika Białostocka, Białystok 2016.
• [13] Kahlane A., Hassaine L., i Kherchi M., „LCL filter design for photovoltaic grid connected systems”, J. Renew. Energ., s. 227–232, 2014.
• [14] Tlili F. i Bacha F., „Voltage Oriented Control of Three Phase Bidirectional AC/DC Converter”, w 2021 IEEE 2nd International Conference on Signal, Control and Communication (SCC), grudz. 2021, s. 295–300. doi: 10.1109/SCC53769.2021.9768390.
• [15] Falkowski P. i Sikorski A., „Finite Control Set Model Predictive Control for Grid-Connected AC–DC Converters With LCL Filter”, IEEE Trans. Ind. Electron., t. 65, nr 4, s. 2844–2852, kwi. 2018, doi: 10.1109/TIE.2017.2750627.
• [16] Wasilewski M., „Przekształtnik DC/AC z dodatkowym, wspomagającym przekształtnikiem DC/DC – realizacja praktyczna”, Praca magisterska, Politechnika Białostocka, Białystok 2021.
• [17] Du S., Wu B., i Zargari N., „Common-Mode Voltage Minimization for Grid-Tied Modular Multilevel Converter”, IEEE Trans. Ind. Electron., t. 66, nr 10, s. 7480–7487, paź. 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2881939.
• [18] Casadei D., Serra G., Tani A., i Zarri L., „A general approach for minimizing the current ripple in induction motor drives controlled by SVM technique”, w ISIE’2000. Proceedings of the 2000 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (Cat. No.00TH8543), grudz. 2000, t. 1, s. 247–252 t.1. doi: 10.1109/ISIE.2000.930521.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).