Wysokosprawny obwód balansujący w jednofazowym trójpoziomowym falowniku dwugałęziowym z diodami poziomującymi

• Autorzy: Stala R.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.06.29

Warianty tytułu

EN

Methods of DC-link voltage natural balancing in the single-phase NPC inverter with two three-level legs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metody realizacji naturalnego równoważenia napięć na kondensatorach wejściowych w jednofazowym trójpoziomowym falowniku dwugałęziowym z diodami poziomującymi. Metody wykorzystują obwód balansujący RLC oraz obwód RLC z transformatorem, co przy odpowiednim sterowaniu umożliwia zapewnienie naturalnego równoważenia napięć na kondensatorach wejściowych. W przypadku zastosowania układu balansującego z transformatorem możliwe jest wyeliminowanie nieaktywnych składowych z prądu balansującego. W wyniku działania metody w stanie zrównoważonego podziału napięć przez obwód balansujący nie płynie prąd, co eliminuje straty energii związane z przepływem prądu balansującego wysokiej częstotliwości i prąd elementów półprzewodnikowych.

EN

The paper presents methods of DC-link voltage natural balancing in the single-phase NPC inverter with two three-level legs. The methods use the RLC balancing circuit and the RLC balancing circuit with transformer. Proper modulation enables DC-link capacitor voltages balancing. In the configuration with the RLC balancing circuit and the transformer the unnecessary components from the balancing current can be eliminated under the balanced state. In a consequence the balancing current in the balanced state disappears decreasing power losses in the converter and current of semiconductor devices.

Słowa kluczowe

PL

układ wielopoziomowy; falownik z diodami poziomującymi; naturalny balans napięć

EN

Multilevel converter; diode clamped inverters; dc-link voltage natural balancing

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 6
• Strony: 154--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Stala R.

• AGH Akademia GórniczoHutnicza, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Rodriguez J., Bernet S., Steimer P., Lizama I., A Survey on Neutral Point Clamped Inverters, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57 (July 2010), 2219-2230
• [2] Kouro S., Malinowski M., Gopakumar K., Pou J., Franquelo L.G., Wu B., Rodriguez J., Pérez M.A., Leon J. I., Recent Advances and Industrial Applications of Multilevel Converters, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57 (August 2010), 2553-2580
• [3] Franquelo L. G., Rodríguez J., Leon J. I., Kouro S., Portillo R., Prats M. A.M., The age of multilevel converters arrives”, Industrial Electronics Magazine, IEEE, vol. 2 (June 2008), 28- 39
• [4] Krug D., Bernet S., Fazel S. Saeed, Jalili K., Malinowski M., Comparison of 2.3-kV Medium-Voltage Multilevel Converters for Industrial Medium-Voltage Drives, IEEE Trans. Ind. Electron., 54 (Dec. 2007), 2979-2992
• [5] Rodríguez J., Lai J.S., Peng F.Z., Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications, IEEE Trans. Ind. Electron., 49 (August 2002), 724-738
• [6] Stala R., A Natural DC-Link Voltage Balancing of Diode- Clamped Inverters in Parallel Systems, IEEE Trans. Ind. Electron., 60 (Nov. 2013), n.11, 5008,5018
• [7] Stala R.: Application of Balancing Circuit for DC-Link Voltages Balance in a Single-Phase Diode-Clamped Inverter With Two Three-Level Legs, IEEE Trans. Ind. Electron., 58, no. 9 (Sept. 2011), 4185,4195
• [8] Hasegawa K., Akagi H., A New DC-Voltage-Balancing Circuit Including a Single Coupled Inductor for a Three-Level Diode- Clamped PWM Inverter, Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE. IEEE, 20-24 (Sept. 2009), 2153-2159.
• [9] Shukla A., Ghosh A., Joshi A., Flying Capacitor Based Chopper Circuit for DC Capacitors Voltage Balancing in Diode-Clamped Multilevel Inverter, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57 (July 2010), 2249-2261
• [10] Ashaibi A.A., Finney S.J., Williams B.W., Massoud A., Extend the Use of Auxiliary Circuit to Start up, Shut down, and Balance of the Modified Diode Clamped Multilevel Inverter, Power Electronics and Drive Systems, PEDS '07. 7th International Conference on, 27-30 (Nov.2007), 1049 – 1053
• [11] Mouton H. du Toit, Natural Balancing of Three-Level Neutral- Point Clamped PWM Inverters, IEEE Trans. Ind. Electron. vol. 49(Oct. 2002), 1017-1025
• [12] Busquets-Monge S., Alepuz S., Rocabert J., Bordonau J., Pulsewidth Modulations for the Comprehensive Capacitor Voltage Balance of n-Level Two-Leg Diode-Clamped Converters, IEEE Trans. Power Electron., vol. 24 (August 2009), 1951-1959,.
• [13] McGrath B.P., Holmes D.G., A General Analytical Method for Calculating Inverter DC-Link Current Harmonics, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 45, No. 5, September/October 2009.
• [14] Zaragoza J., Pou J., Ceballos S., Robles E., Jaen C., Corbalan M., Voltage-Balance Compensator for a Carrier-Based Modulation in the Neutral-Point-Clamped Converter, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56 (Feb 2009), 305-314
• [15] Bouhali O., Francois B., Berkouk E.M., Saudemont C., DC Link Capacitor Voltage Balancing in a Three-Phase Diode Clamped Inverter Controlled by a Direct Space Vector of Line-to-Line Voltages, IEEE Trans. Power Electron., vol. 22 (Sept. 2007), 1636-1648
• [16] Holtz J., Oikonomou N., Neutral Point Potential Balancing Algorithm at Low Modulation Index for Three-Level Inverter Medium-Voltage Drives, IEEE Trans. On Ind. Appl., vol. 43, May/June 2007.
• [17] Busquets-Monge S., Bordonau J., Boroyevich D., Somavilla S., The Nearest Three Virtual Space Vector PWM—A Modulation for the Comprehensive Neutral-Point Balancing in the Three- Level NPC Inverter, IEEE Power Electronics Letters, vol. 2 (March 2004), 11-15
• [18] Leon J.I., Vazquez S., Portillo R., Franquelo L.G., Carrasco J.M., Wheeler P.W., Watson A.J., Three-Dimensional Feedforward Space Vector Modulation Applied to Multilevel Diode-Clamped Converters, IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 56, (Jan. 2009), 101-109
• [19] Kang D.W., Ma C.S., Kim T.J. Hyun D.S., Simple control strategy for balancing the DC-link voltage of neutral-pointclamped inverter at low modulation index, IEE Proc.-Electr. Power Appl., vol. 151 (Sept. 2004). 569-575
• [20] Yan K., Wang W., Zhu Z., lu Q., Study On Neutral-point Balancing For Three-level Space Voltage Vector Pulse-width modulation Inverter, Electrical Machines and Systems, 2008. ICEMS 2008. International Conference on, 17-20 Oct. 2008, 1571-1576
• [21] Pou J., Zaragoza J., Rodríguez P., Ceballos S., Sala V., Burgos R., Boroyevich D., Fast-processing modulation strategy for the neutralpoint-clamped converter with total elimination of the low-frequency voltage oscillations in the neutral point, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54 (Aug. 2007), 2288–2299
• [22] Barros J. D., Silva J. F., Optimal Predictive Control of Three- Phase NPC Multilevel Converter for Power Quality Applications, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55 (Oct 2008), 3670-3681
• [23] Wang C., Li Y., Analysis and Calculation of Zero-Sequence Voltage Considering Neutral-Point Potential Balancing in Three-Level NPC Converters, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57 (July 2010), 2262-2271
• [24] Renge M.M., Suryawanshi H.M., Three-Dimensional Space Vector Modulation to Reduce Common-Mode Voltage for Multilevel Inverter, IEEE Trans. Ind. Electron., 57 (July 2010), 2324-2331
• [25] Zhi Z., Yun-xiang X., Wei-ping H., Jiang-yuan L., Lin C., A New SVPWM Method for Single-phase Three-level NPC Inverter and the Control Method of Neutral Point Voltage Balance, Electrical Machines and Systems, 2009. ICEMS 2009. International Conference on, 1 – 4
• [26] Lewicki A., Krzeminski Z., Abu-Rub H., Space-Vector Pulsewidth Modulation for Three-Level NPC Converter With the Neutral Point Voltage Control, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58 (Nov. 2011), n.11, 5076-5086
• [27] Meynard T.A., Foch H., Thomas P., Courault J., Jakob R., Nahrstaedt M., Multicell Converters: Basics Concepts and Industry Applications. IEEE Trans. Ind. Electron. 49 (Oct. 2002), 955-964
• [28] Meynard T.A., Foch H., Forest F., urpinC. T, Richardeau F., Delmas L., Gateau G., Lefeuvre T.A., Multicell Converters: Derived Topologies, IEEE Trans. Ind. Electron. 49 (Oct. 2002), 978-987
• [29] Wilkinson R.H., Meynard T.A., Mouton H. du Toit, Natural Balance of Multicell Converters: The Two-Cell Case, IEEE Trans. Power Electron. 21 (Nov. 2006), 1649 - 1657
• [30] Pirog S., Stala R., Selection of Parameters for a Balancing Circuit of DC-DC and AC-AC Multicell Converters. 11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2005), 11-14 September 2005 – Dresden, Germany
• [31] Stala R., Pirog S., Baszynski M., Mondzik A., Penczek A., Czekonski J., Gasiorek S., Results of Investigation of Multicell Converters With Balancing Circuit—Part I, IEEE Trans. On Ind. Electron., 56 (July 2009), 2610-2619
• [32] Stala R., Pirog S., Mondzik A., Baszynski M., Penczek A., Czekonski J., Gasiorek S., Results of Investigation of Multicell Converters With Balancing Circuit—Part II, IEEE Trans. On Ind. Electron., 56 (July 2009), 2620-2628
• [33] Stala R: The Switch-Mode Flying Capacitor DC/DC Converters With Improved Natural Balancing, IEEE Trans. Ind. Electron., IEEE Trans. on Industrial Electronics, 57 (April 2010), 1369- 1382
• [34] McGrath B.P., Holmes D.G., Natural Capacitor Voltage Balancing for a Flying Capacitor Converter Induction Motor Drive, IEEE Trans. Power Electronics, 24 (June 2009), 1554- 1561
• [35] Piróg S., Baszyński M., Jednofazowy, trójkomórkowy przekształtnik AC/DC z sinusoidalnym prądem linii zasilającej, Część 1, Przegląd Elektrotechniczny; 85 (2009), nr 3, 42–47
• [36] Piróg S., Baszyński M., Jednofazowy, trójkomórkowy przekształtnik AC/DC z sinusoidalnym prądem linii zasilającej, Część 2, Przegląd Elektrotechniczny; 85 (2009), nr 4,116–121
• [37] Piróg S., Baszyński M., Modelling a single phase multicell DC/AC inverter using FPGA, Przegląd Elektrotechniczny ISSN 0033-2097, (2008), nr 2, 84-87
• [38] Baszyński M., Mondzik A., Realizacja układu trójkomórkowego falownika napięcia, SENE 2007: VIII krajowa konferencja naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, Łódź, 21–23 listopada 2007
• [39] M. Baszyński, A. Mondzik, Wielokomórkowy falownik napięcia oparty o strukturę przekształtnika DC/DC, Przegląd Elektrotechniczny; ISSN 0033-2097, (2007), nr 6, 71-74
• [40] Piróg S., Baszyński M., Czekoński J., Gąsiorek S., Mondzik A., Stala R., Wielokomórkowy falownik napięcia: realizacja praktyczna, Przegląd Elektrotechniczny; ISSN 0033-2097, (2008), nr 4, 47–53
• [41] Stala R., Mondzik A., A study of the balancing process in multicell ac/ac converter, Przegląd Elektrotechniczny; ISSN 0033-2097, (2009), nr 7, 168–172
• [42] Stala R., Mondzik A., Experimental study of a multicell AC/AC converter balancing circuit, 13th International Power Electronics and Motion Control Conference EPE–PEMC 2008: September 1 – 3 2008, Poznań–Polska.
• [43] Stala R., Mondzik A., Naturalny balans w przekształtniku wielokomórkowym AC-AC: realizacja praktyczna, SENE 2007: VIII krajowa konferencja naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, Łódź, 21–23 listopada 2007.
• [44] Stala R., Mondzik A., Trójpoziomowy przekształtnik komórkowy AC-AC, SENE 2007: VIII krajowa konferencja naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, Łódź, 21–23 listopada 2007.
• [45] Stala R.: Individual MPPT of Photovoltaic Arrays with Use of Single-Phase Three-Level Diode-Clamped Inverter, International Symposium on Industrial Electronics IEEE ISIE 2010, 4-7 July 2010, Bari, Italy, 3456-3462.
• [46] Stala R., Wysokosprawny obwód balansujący w jednofazowym trójpoziomowym falowniku dwugałęziowym z diodami poziomującymi, SENE 2013: XI krajowa konferencja naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, Łódź, 20–22 listopada 2013.