Reduction of THD by switching frequency optimization in three-level NPC inverter

• Autorzy: Dawidowski P. , Stosur M. , Szewczyk M. , Balcerek P. , Sowa K.

Warianty tytułu

PL

Redukcja współczynnika THD przez optymalizację częstotliwości przełączania trójpoziomowego falownika NPC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper aims to describe the effect of switching frequency selection for three-level NPC inverter and its impact on the quality of output waveforms for different cable lengths connecting the inverter with motor. Authors propose an optimal switching frequency selection as an option to overall limitation of THD. Traditional and the most popular techniques to limit the THD have been reviewed in order to compare with the proposed method. Simulation verification shows that harmonic spectrum generated by the inverter with the switching frequency selected at the minimum equivalent impedance of the network cable resulting in decrease of total level of harmonics contents.

PL

W artykule została przedstawiona analiza wyboru częstotliwości przełączania trójpoziomowego falownika napięcia, oraz jej wpływu na jakość przebiegów wyjściowych dla różnych długości kabli. Autorzy proponują wybór częstotliwości przełączania, jako jedną z opcji ograniczenia współczynnika THD. W artykule przedstawiono tradycyjne i najbardziej popularne techniki ograniczenia współczynnika THD w celu ich porównania z proponowaną metodą. Wyniki symulacyjne wykazały, że ilość harmonicznych generowanych przez falownik jest mniejsza, jeśli falownik pracuje przy częstotliwości, dla której impedancja zastępcza kabla jest najmniejsza.

Słowa kluczowe

EN

NPC inverter; cable connection; voltage reflection; LC filter

PL

trójpoziomowy falownik napięcia; połączenie kablowe; fala elektromagnetyczna; filtr LC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 8
• Strony: 18--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dawidowski P.

• ABB Corporate Research Center, Starowiślna 13A Str., 31-038 Kraków, Poland

autor

Stosur M.

• ABB Corporate Research Center, Starowiślna 13A Str., 31-038 Kraków, Poland

autor

Szewczyk M.

• ABB Corporate Research Center, Starowiślna 13A Str., 31-038 Kraków, Poland

autor

Balcerek P.

• ABB Corporate Research Center, Starowiślna 13A Str., 31-038 Kraków, Poland

autor

Sowa K.

• AGH University of Science and Technology, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] De Doncker R., Duco W. J. Pulle , André V., Advanced Electrical Drives Analysis, Modeling, Control, Springer, (2011)
• [2] Direct torque control - the world’s most advanced AC drive technology, Technical guide no. 1, ABB drives (2011)
• [3] Wlodek R. Roehrich J., Zydroń P., Analysis of overvoltage on motor winding insulation fed by PWM pulses, High Voltage Engineering and Application (ICHVE) Conference, (2010), 584-587
• [4] Florkowska B., Zydroń P., Florkowski M., Effects of inverter pulses on the electrical insulation system of motors,), IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), (2011) 573-578
• [5] Desmet J., Vanalme G., Debruyne C., Vandevelde L., Influence of harmonic currents on cable losses for different grid configurations, 14th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), (2011), 1-10
• [6] Florkowska B., Florkowski M., Furgal J., Pajak P., Roehrich J., Zydroń P., Impact of fast transient phenomena on electrical insulation system, AGH University of Science and Technology Press, (2012)
• [7] Piróg S., Power electronics: systems with network and hard commutations, AGH University of Science and Technology Press, (2006)
• [8] Wu B., High-Power Converters and AC Drives, Wiley-IEEE Press, (2006)
• [9] Dawidowski P., Sowa K., Stosur M., Szewczyk M., Piasecki W., Balcerek P., Impact of power-cable length on operation of NPC inverter fed induction motor drive for various LC filter topologies, Electrical Review, vol. 89, no. 9, (2013), 200-204
• [10] Pohler S., Mertens A., Sommer R., Optimisation of Output Filters for Inverter Fed Drives, IEEE Industrial Electronics, IECON 2006 - 32nd Annual Conference, (2006), 1082-1088
• [11] Steinke J.K. , Use of an LC Filter to Achieve a Motor-Friendly Performance of the PWM Voltage Source Inverter, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 14, no. 1 (1999), , 649-654
• [12] Chang Hsin Chien, Bucknall R., Analysis of Harmonics in Subsea Power Transmission Cables Used in VSC–HVDC Transmission Systems Operating Under Steady-State Conditions, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no.4, (2007), 2489-2497
• [13] Abu-Rub H., Iqbal A. , Guzinski J., High Performance Control of AC Drives with Matlab/Simulink Models, John Wiley & Sons, (2012)
• [14] Smolenski R., Conducted Electromagnetic Interference (EMI) in Smart Grids, Springer, (2012)
• [15] Demmig S., Andrews J., Klug R. -D., Control of subsea motors on multi-km cable lengths by Variable Frequency Drives, Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE), (2011), 1-10
• [16] Hanzelka Z.,Jakość dostawy energii elektrycznej zaburzenia wartości skutecznej napięcia, AGH University of Science and Technology Press, (2013)
• [17] IEC61000 – standard series
• [18] Bantras T., Cuk V., Cobben J., Kling W.L., Estimation and classification of power losses due to reduced Power Quality, IEEE Power and Energy Society General Meeting, (2012), 1-6
• [19] IEEE Standard 519-1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (1993)
• [20] High voltage cast iron motors: Technical data for totally enclosed squirrel cage three phase motors, ABB (2011)
• [21] XLPE Land Cable Systems- User´s Guide, ABB (2010)