Elimination of subtractive and quasi-redundant levels in multi-cell converters

• Autorzy: Orlik B. , Christ T.

Warianty tytułu

PL

Eliminacja poziomów subtrakcyjnych i quasi-redundancyjnych w kaskadowych przekształtnikach wielokomórkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The multi-cell converter, which is becoming increasingly popular in the medium voltage drives market, possesses a number of undesirable switching states which diminish efficiency of the system. These conditions lead to circulating power among the cells, dc-link instability and superfluous switching between states. In this paper the undesirable states are identified and the concept of subtractive levels is introduced. Calculations show the impact of eliminating these states on the number of available output voltage levels for three- and five-cell converters. Through simulations, optimized dc-link configurations are identified and investigated in a power converter model. DC-link stability can be significantly improved by the exclusion of subtractive levels, while THD is not affected much. Converters which use four-quadrant supplies for the cells can achieve efficiency improvements by avoiding power conversion loops between the cells and simpler converters using single quadrant supplies can minimize dc-link capacitive energy storage.

PL

Kaskadowy przekształtnik wielokomórkowy, coraz chętniej stosowany w napędach średniego napięcia, charakteryzuje się pewną ilością niepożądanych stanów łączeniowych, zmniejszających efektywność całego systemu. Takie stany prowadzą do cyrkulacji mocy pomiędzy komórkami, niestabilności w obwodzie pośredniczącym DC oraz zbytecznych przełączeń pomiędzy stanami. W artykule przeprowadzono identyfikację niepożądanych stanów przekształtnika oraz wprowadzono koncepcję poziomów subtrakcyjnych. Obliczenia pokazują wpływ eliminacji tych stanów na liczbę dostępnych poziomów napięcia wyjściowego w przekształtniku trzy- i cztero-komórkowym. Na podstawie modelu symulacyjnego przekształtnika wydzielono i przeprowadzono badania optymalnych konfiguracji obwodu pośredniczącego DC. Pokazano, że stabilność obwodu DC można znacząco poprawić przez eliminację poziomów subtrakcyjnych, co nie wpływa w istotny sposób na wartość THD. Przekształtniki, w których stosuje się cztero-kwadrantowe zasilanie komórek, mogą osiągać wyższą sprawność przez wystrzeganie się tworzenia pętli przepływu mocy pomiędzy komórkami, a proste przetwornice zastosowane do zasilania jedno-kwadrantowego pozwalają zminimalizować pojemnościowy zasobnik energii w obwodzie DC.

Słowa kluczowe

EN

multilevel systems; DC-AC converters; cascade circuits; inverters; power conversion; power electronics

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 83, nr 10
• Strony: 54--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Orlik B.

autor

Christ T.

• University of Bremen,

Bibliografia

• [1] “Robicon perfect harmony – new generation at number one,” in advance 2-2006, 5th edition, Siemens, April 2006, pp. 19.
• [2] “Robicon perfect harmony medium voltage drives,” Siemens Energy & Automation, Inc., 2005.
• [3] S.Mariethoz and A. Rufer, “An overview of the technique of asymmetrical multilevel inverters,” In ANAE : Associazione Nazionale Azionamenti Elettrici, 16o Seminario Interattivo, Azionamenti elettrici : Evoluzione Tecnologica e Problematiche Emergenti, 2005.
• [4] Thomas A.Lipo and Madhav D. Manjrekar, “Hybrid topology for multilevel power conversion,” United States Patent 6005788, 1999.
• [5] A.Rufer and S. Mariethoz, “Design and control of asymmetrical multi-level inverters,” In IECON : Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2002.