Review of multilevel converters for application in solid state transformers

• Autorzy: Gajowik T. , Rafał K. , Malinowski M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.04.01

Warianty tytułu

PL

Przegląd topologii przekształtników wielopoziomowych pod kątem zastosowania w inteligentnym transformatorze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents an overview of AC-DC, DC-AC and DC-DC power converter topologies used in the context of the application of solid state transformers. It describes the features of individual solutions, with an emphasis on multi-level topologies connected to the medium voltage AC grid, what allows to apply commonly available and relatively inexpensive low-voltage semiconductor switches. Such systems maintain high efficiency as well as high switching frequency, resulting in reduction of converter passive elements volume and weight as well as overall price.

PL

Niniejszy artykuł przedstawia przegląd topologii przekształtników energoelektronicznych AC-DC oraz DC-DC, pod kątem zastosowania w energoelektronicznych transformatorach inteligentnych. Opisano w nim cechy poszczególnych rozwiązań, ze szczególnym naciskiem na przekształtniki wielopoziomowe, które pracując wraz z siecią elektroenergetyczną średniego napięcia (SN), umożliwiają zastosowanie standardowych i stosunkowo tanich niskonapięciowych łączników półprzewodnikowych, a także zmniejszenie rozmiarów, wagi i ceny transformatora.

Słowa kluczowe

EN

power electronic; smart transformer; Multi-Level Converters; SST

PL

energoelektronika; inteligentny transformator; przekształtnik wielopoziomowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 4
• Strony: 1--5
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Gajowik T.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

autor

Rafał K.

• Instytut Techniki Cieplnej, Zakład Racjonalnego Użytkowania Energii, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa

autor

Malinowski M.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

Bibliografia

• [1] Nabae, A., Takahashi, I., Akagi, H., A New Neutral-Point- Clamped PWM Inverter, IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. IA-17, No. 5, (1981), 518 - 523
• [2] Benysek G., Kazmierkowski M.P., Popczyk J., Strzelecki R., Power electronic systems as a crucial part of Smart Grid infrastructure – a survey, Bulletin Of The Polish Academy Of Sciences Vol. 59, No. 4, (2011), 455 – 473
• [3] Marquardt R., "Modular Multilevel Converter: An universal concept for HVDC-Networks and extended DC-Busapplications," International Power Electronics Conference (IPEC), 21-24 June 2010, 502-507,
• [4] Nami A., Liang J., Dijkhuizen F., and. Demetriades G. D., Modular Multilevel Converters for HVDC Applications: Review on Converter Cells and Functionalities, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL. 30, NO. 1, [2015], 18 - 36
• [5] Kolar J., Oritz G., “Solid State Transformer Concepts in Traction and Smart Grid Applications”, Conference for Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM Europe 2015), Nuremberg, Germany, May 19-21, 2015
• [6] Aggeler D., Biela J., Kolar J. W., Solid-State Transformer based on SiC JFETs for Future Energy Distribution Systems, (online, cit. 2015-01-05), Available from: www.pes.ee.ethz.ch
• [7] Claus M., Retzmann D., Uecker K. Zenker A., Improvement in Voltage Quality for Power Systems – with SVC PLUS, Internationaler ETG Kongress 2009, Available from: http://www.ptd.siemens.de/ETG1009_SVCPLUS.pdf
• [8] Solas, E., Abad, G., Barrena, J.A., Aurtenetxea, S., Carcar, A., Zajac, L., Modular Multilevel Converter With Different Submodule Concepts — Part II: Experimental Validation and Comparison for HVDC Application, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL. 60, No. 10, (2013), 4536 - 4545
• [9] Malinowski M., Styński S., Simulation of Single Phase Cascade Multilevel PWM Converters, The International Conference on "Computer as a Tool", EUROCON [2007], 1524 - 1529
• [10] Lai J-S., Peng F. Z., Multilevel Converters - A New Breed of Power Converters, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL. 32, NO. 3, [1996], 509 - 517
• [11] Malinowski M., Gopakumar K., Rodriguez J., Perez M. A., A Survey on Cascaded Multilevel Inverters, IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 57, No. 7, (2010), 2197 - 2206
• [12] Hoosh B. M., Zaimeddine R., Undeland T. M., Comparison of Harmonics and Common Mode Voltage in NPC and FLC Multilevel Converters, 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC (2010)
• [13] Rech, C., Pinheiro, J.R., Hybrid Multilevel Converters: Unified Analysis and Design Considerations, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL. 54, NO. 2, [2007], 1092 – 1104
• [14] de Oliveira, T.H., Roncalio, J.G.P., Rech, C., Costa, M.A.D., Performance analysis of modular converter for solid state transformers, Power Electronics Conference COBEP, [2013], 1060 - 1066
• [15] Everts J., Krismer F., Van den Keybus J., Driesen J., Kolar J. W., Optimal ZVS Modulation of Single-Phase Single-Stage Bidirectional DAB AC-DC Converters, IEEE Transactions On Power Electronics, VOL. 29, NO. 8, [2014], 3954 - 3970
• [16] Jing P., Wang C., Analysis of Isolated Three-level Half-bridge Bidirectional DC/DC Converter based on series resonant, International Symposium on Industrial Electronics ISIE [2012], 194 - 199
• [17] Gajowik T., Rafał K., Bobrowska-Rafał M., Bi-directional DCDC converter in three-phase Dual Active Bridge Topology, Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 90, No. 5, (2014), 14-19
• [18] De Doncker, R.W.A.A. Divan, D.M. Kheraluwala, M.H., "A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications", Industry Applications, IEEE Transactions on , vol.27, no.1, Jan/Feb 1991, 63-73
• [19] Boillat D., Roy S. Tripathi, A.; Bhattacharya, S., "Design considerations of a three phase dual active bridge based on reactive power flow," Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) 15-20 Sept. 2012, 424-430
• [20] Teichmann R., Malinowski M., Bernet S., Evaluation of Three-Level Rectifiers for Low Voltage Utility Applications, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL. 52, NO. 2, (2005), 471 – 482
• [21] Sedlak M., Stynski S., Kazmierkowski M.P., Malinowski M., Operation of four-leg three-level flying capacitor grid-connected converter for RES, Industrial Electronics Society, IECON (2013), 1100 – 1105

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).