Fourier series and wavelet transform applied to stepped waveform synthesis in multilevel convertors

• Autorzy: Iwaszkiewicz J. , Perz J.

Warianty tytułu

PL

Szereg Fouriera i transformata falkowa zastosowane do syntezy schodkowych przebiegów wyjściowych przekształtników wielopoziomowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is related to the problem of generating the high quality AC voltage waveforms using multilevel converters. This technique can be applied especially in the distributed power energy systems with renewable DC voltage sources like photovoltaic farms and fuel cells. A novel approach to the synthesis of AC voltage waveforms, applying analytical methods like Fourier transform and Haar wavelets is presented. The analysis of the obtained waveforms is presented as well as examples of chosen parameter optimisation. The comparison of modulation methods and their impact on converter topology is discussed.

PL

W wielu zastosowaniach, takich jak systemy energetyki rozproszonej lub urządzenia zasilania bezprzerwowego, podstawowym wymaganiem jest dostarczanie do odbiorników sinusoidalnego napięcia o częstotliwości 50 Hz, charakteryzującego się niską zawartością harmonicznych. Napięcie dostarczane ze źródeł prądu stałego takich jak akumulatory, systemy fotowoltaiczne czy ogniwa paliwowe jest przetwarzane na napięcie przemienne za pomocą przekształtników energoelektronicznych. Jakość przebiegów generowanych przez te urządzenia, w szczególności zaś współczynnik zawartości wyższych harmonicznych THD (Total Harmonic Distortion), powinny odpowiadać odpowiednim standardom. Typowym rozwiązaniem problemu przekształcania energii elektrycznej jest dwupoziomowy przekształtnik energoelektroniczny (VSI - Voltage Source Inverter), sterowany metodą modulacji szerokości impulsów (PWM - Pulse Width Modulation). Ta metoda kształtowania przebiegów ma dobrze znane niedogodności związane z wysoką częstotliwością przełączeń łączników, takie jak straty mocy w łącznikach półprzewodnikowych oraz potrzeba stosowania dodatkowych filtrów w celu eliminacji z przebiegów wyjściowych składowych wysokiej częstotliwości. Niedogodności te mogą być znacznie zmniejszone przy zastosowaniu przekształtników wielopoziomowych sterowanych metodą modulacji amplitudy. Referat prezentuje nowe metody formowania przebiegów schodkowych falowników wielopoziomowych. Rozdział 1 przedstawia propozycję rozwiązania zagadnienia aproksymacyjnego polegającego na aproksymacji funkcji f(x)=sin(x) za pomocą ciągu funkcji gn(x) opisujących impulsy prostokątne. Parametry tego ciągu określono wykorzystując współczynniki Fouriera szeregu ortogonalnego funkcji gn(x). W rozdziale 2 przeanalizowano spektra harmonicznych przebiegów napięcia schodkowego generowanego w ten sposób i poszukano optymalnego, w sensie minimalnej zawartości wyższych harmonicznych (THD), kształtu takiego przebiegu dla falownika trójpoziomowego. Wykazano, że stosując proponowane metody optymalizacyjne można uzyskać znaczące zmniejszenie współczynnika THD (z 31,09 % do 20,40 %). Rozdział 3 poświęcony został wykorzystaniu nowego narzędzia matematycznego, jakim jest transformata falkowa, do syntezy przebiegów schodkowych. Opisano pierwsze przekształcenie falkowe Haara, a następnie przeanalizowano możliwości wykorzystania dyskretnej odwrotnej transformaty falkowej do syntezy przebiegów przemiennych przekształtników wielopoziomowych.

Słowa kluczowe

EN

multilevel converters; stepped waveform synthesis

PL

falownik wielopoziomowy; przekształtnik wielopoziomowy; przebiegi schodkowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2006
• Tom: Z. 229
• Strony: 59--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Iwaszkiewicz J.

autor

Perz J.

• Instytut Elektrotechniki, Oddział w Gdańsku,

Bibliografia

• 1. Lida S., Masukawa S., and Kubota Y.: Improved Voltage Source Inverter With 18-Step Output Waveforms, IEEE Industry Applications Magazine, January/February 1998.
• 2. Hashad M., Iwaszkiewicz J.: A Novel Orthogonal-Vectors-Based Topology of Multilevel Inverters, IEEE Transactions on Industrial Applications, vol. 49, no. 4, August 2002.
• 3. Iwaszkiewicz J., Hashad M.: Convertor Control with Help of Orthogonal Space Vectors - Novel Control Strategy and Novel Topology, PCC Osaka 2002.
• 4. Iwaszkiewicz J.: A Novel Recurrent Approach to the Output Voltage Filtering of the Inverter, EPQU 2003.
• 5. Iwaszkiewicz J., Perz J.: Amplitude Modulation - an Alternative Method of Generating the Convertor Output Waveforms, International Conference on Renewable Energy and Power Quality ICREPQ'04, Barcelona, Hiszpania, 2003.
• 6. Iwaszkiewicz J., Perz J.: Multilevel Converters for Distributed Power Generation Systems with DC Voltage Sources, International Conference on Renewable Energy and Power Quality ICREPQ'05, Saragossa, Hiszpania, 2005.
• 7. Iwaszkiewicz J., Perz J.: Mathematical Approach to THD Optimisation in Multilevel Convertors, International Conference on Renewable Energy and Power Quality ICREPQ'06, Palma de Mallorca, Hiszpania, 2006.
• 8. Iwaszkiewicz J., Perz J.: A Novel Approach to Sine-wave Approximation in Multilevel Converters, The IEEE Industry Applications Society Workshop on Renewable Energy Based Units and Systems (REBUS), St. Petersburg, Rosja, 25-28. 06. 2006.