DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.2018.23.2.130457

Огляд основних топологій багаторівневих каскадних інверторів напруги

Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Yuliia Serhiivna Yamnenko, Ihor Serhiiovych Fedin

Анотація


Проведено огляд основних топологій багаторівневих каскадних інверторів напруги, визначені їх основні переваги та недоліки. Запропоновано класифікацію схем за ознаками типу модуляції, структури силової частини та керування. У результаті проведеного огляду визначено два основних методи керування багаторівневими каскадними інверторами, за допомогою ШІМ та АШІМ, три основних типи схем, дві структури модулів та три варіанти додавання напруги в навантаженні, відповідно до яких створено класифікацію каскадних багаторівневих інверторів напруги. Більш докладно розглянуті принципи побудови та функціонування схем побудованих за топологіями на базі з’єднання Н-модулів з однаковими коефіцієнтами трансформації, з’єднання Н-модулів з напругами джерел, що визначаються ступенями m, з’єднання Н-модулів з коефіцієнтами трансформації (напругами джерел), що визначаються розкладанням ступінчастої функції в ортогональні ряди та багаторівневого інвертора на базі з’єднання модулів В-Н типу з фазосувним трансформатором у вхідному колі. У результаті проведеного огляду були визначені переваги та недоліки кожної зі схем, що визначають області їх застосування.

Підсумовуючи проведений огляд визначено, що на сучасному етапі тривають дослідження в напрямку пошуку ефективних схемотехнічних рішень для багаторівневих інверторів каскадного (модульного) типу, та оптимізації алгоритмів та систем керування для підвищення коефіцієнту використання вентилів, зменшення коефіцієнту нелінійних спотворень, навантаження на вентилі та досягнення максимально можливої вихідної потужності.

Бібл. 31, рис.5


Ключові слова


багаторівневий інвертор напруги; каскадна схема; ізольовані джерела напруги; вихідні трансформатори; вхідний фазосувний трансформатор

Повний текст:

PDF

Посилання


M.N.Makarov, R.G.Haybrakhmanov,“Mnogourovnevie invertory napryazhenia. Obzor topologiy i preminenie [Multilevel voltage inverters. Topology overview and application],” Vestnik tehnologicheskogo universiteta, vol. 19, no. 22, pp. 134-138, 2016, URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=27441520

J. Lai, F. Peng, “Multilevel converters - a new breed of power converters,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 32, no. 3, pp. 509-517, May/Jun.1996, DOI: 10.1109/28.502161

C. Hochgraf, R. Lasseter, D. Divan, T. A. Lipo.,“Comparison of multilevel inverters for static VAr compensation,” IEEE Ind. Appl. Soc. Annu. Meeting,pp. 921-928, 1994,DOI: 10.1109/IAS.1994.377528

J. Rodriguez, L.G. Franquelo, S. Kouro, J.I. Leon, R. Portillo, M.A.M. Prats, M.A. Perez, “Multilevel Converters: An Enabling Technology for High-Power Applications”, Proc. of IEEE, vol. 97, no.11, pp. 1786-1817, Nov. 2009, DOI: 10.1109/JPROC.2009.2030235

L.G. Franquelo, J. Rodriguez, J.I. Leon, S. Kouro, R. Portillo, M.A.M. Prats, “The age of multilevel converters arrives,” IEEE Ind. Electron. Mag., vol.2, no. 2, pp. 28-39, Jun. 2008, DOI: 10.1109/MIE.2008.923519

R.D. Klug, N. Klaassen, “High power medium voltage drives – innovations, portfolio, trends”, Proc. Eur. Conf. Power Electron. Appl., Dresden,pp. 1-10,2005, DOI: 10.1109/EPE.2005.219669

S. Kouro, M. Malinowski, K. Gopakumar, J. Pou,, L.G. Franquelo, B. Wu, J. Rodriguez, M.A. Perez, J.I. Leon, “Recent Advances and Industrial Applications of Multilevel Converters”, IEEE Trans.Ind.Electron., vol. 57, no.8, pp. 2553-2580, Aug. 2010, DOI: 10.1109/TIE.2010.2049719

M. Glinka and R. Marquardt,“A new ac/ac multilevel converter family,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 52, no. 3, pp. 662-669, Jun. 2005, DOI: 10.1109/TIE.2005.843973

J. Rodriguez, S. Bernet, B. Wu, J. O. Ponu, S. Kouro, “Multilevel voltage-source-converter topologies for industrial medium-voltage drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 6, pp. 2930–2945, Dec. 2007, DOI: 10.1109/TIE.2007.907044

D.V. Tugay, “Umenshenie poter i ulutshenie kachestva electroenergii v sistemah comunalnogo electrosnabzheniya [Reducing losses and improving the quality of electricity in public utility systems],” Tehnichna electodinamika, vol. 2, pp. 80-87, Kyiv, Ukraine, 2008, URL: https://cyberleninka.ru/article/n/umenshenie-poter-energii-v-kommunalnyh-smart-grid-setyah-za-schet-perehoda-ot-odnofaznyh-k-trehfaznym-sistemam-elektrosnabzheniya

P. W. Hammond, “MediumVoltage PWM Drive and Method,” US565545, 1977, URL: https://patents.google.com/patent/US5625545A/en

N. Donskoy, A. Ivanov, V. Matison, I. Ushakov, “Mnogourovnevie avtonomnie invertory dlya electropryvoda i electroenergetyky [Multi-level autonomous inverters for electric drive and electric power industry],” Power electronics, no.1, pp. 43-46, 2008, URL: http://www.power-e.ru/pdf/2008_1_43.pdf

Juan W. Dixon.,“Multilevel Inverter, based on multi-stage connection of three-level converters, scaled in power of three,” URL: http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/paperspdf/dixon/54a.pdf

T.V. Anisimova, A.V. Danilina, V.V Kryuchkov, “Sposoby povishenia kachestva vihodnogo napryazhenia invertorov so stupenchatim vihodnim napryazheniem [Methods of improvement of the quality of the output voltage of inverters with stepped output voltage],” Vestnik MAI, vol. 17,no.1, pp. 103-112, 2010, URL: http://vestnikmai.ru/publications.php?ID=13363

S. Khomfoi, L.M. Tolbert, “Multilevel power converters. Power electronics handbook,” Eslevier, pp. 451-482, 2007, URL: https://www.elsevier.com/books/power-electronics-handbook/rashid/978-0-12-811407-0

S. G. Song, F. S. Kang, S. J. Park, “Cascaded multilevel inverter employing three-phase transformers and single dc input,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 6, pp. 2005-2014, Jun.2009, DOI: 10.1109/TIE.2009.2013846

F. Z. Peng, J. S. Lai, “Multilevel Cascade Voltage-source Inverter with Separate DC source,” US 5642275, June 24, 1997, URL: https://patents.google.com/patent/US5642275

B. Lin, H. Lu, “New multilevel rectifier based on series connection of H-bridge cell,” Proc. Inst. Elect. Eng.—Electron. PowerAppl., vol. 147, no. 4, pp. 304-312, Jul. 2000, DOI: 10.1049/ip-epa:20000421

J. Huang, K. A. Corzine, “Extended operation of flying capacitor multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 21, no.1, pp. 140-147, Jan. 2006, DOI: 10.1109/TPEL.2005.861108

S. B. Monge, J. Rocabert, P. Rodriguez, S. Alepuz, and J. Bordonau, “Multilevel diode-clamped converter for photovoltaic generators with independent voltage control of each solar array,” IEEE Trans. Ind. Electron.,vol. 55,no.7, pp.2713-2723,Jul. 2008, DOI: 10.1109/TIE.2008.924011

T.A. Tereshenko, “Bagatorivnevyy invertor naprugy z amplitudnoyu shirotno-impulsnoyu modulyatsiyeyu [Multilevel voltage inverter with amplitude pulse modulation],” Technycheskaya electrodynamika, no.4, pp.81-83, 2014, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/TED_2014_4_29

L.A. Dobrusin, “Tendetsii primeneniya fazopovorotnyh transformatorov v electroenergetike [Trends in the application of phase-turn transformers in the electric power industry],” Power electronics, no.4, pp.60-61, 2012, URL: https://readera.ru/read/144114948

R. Teodorescu, F. Blaabjerg, J. K. Pedersen, E. Cengelci, S. U. Sulistijo, B. O. Woo, P. Enjeti, “Multilevel converters – a survey,” Proceedings of EPE'1999, vol. 2, no.1, 1999, URL: https://www.researchgate.net/publication/272793035

G. Yerri Babu, B. A.Loveswara Rao, “Novel Cascaded Multilevel Inverter with Half Bridge and Full Bridge Cells in Series,” International Journal of Science and Advanced Technology, vol. 2,no 1, pp.71-76, 2012, URL: https://www.researchgate.net/publication/304024237_A_Novel_Cascaded_Multilevel_Inverter_with_Half_Bridge_and_Full_Bridge_Cells_in_Series

A.I. Solodovnik “Analiz i sintez staticheskih preobrazovateley chastoty s ispolzovaniem ortogonalnih bazisov [Analysis and synthesis of static frequency converters using orthogonal basis],” Dissertation of the candidate of science, pp.375-390,Kyiv, 1979 URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01009394406

T.A. Tereshchenko, V.A. Bezhenar, “Formirovanie vihodnogo napryazhenia mnogourovnego invertora na baze ortogonalnih preobrazovaniy [Forming the output voltage of a multilevel inverter based on orthogonal transformations],” Technycheskaya electrodynamika, no.2, pp. 51-52, URL: http://techned.org.ua/2012_2/st23.pdf

A. A. Shavelkin, “Gibridniy mnogourovneviy preobrazoatel' chastoty na baze trehurovnevogo invertora s “reaktivnoy yacheykoy” na vihode [Hybrid multilevel frequency converter based on three-level inverter with an output reactive module],” Naukovi pratsi Donetskogo natsional’nogo tehnicnogo universitetu, pp.242-249, URL: http://ea.donntu.edu.ua/bitstream/123456789/5281/1/%D0%A8%D0%B0%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%B8%D0%BD.pdf

A. A. Shavelkin, “Gibridniy mnogourovneviy preobrazoatel' chastoty na baze chetir’ohurovnevogo invertora napryazheniya” [Hybrid multilevel frequency converter based on four-level voltage inverter],” Electrotechnika i electroenergetika, pp. 43-49, URL: https://cyberleninka.ru/article/n/gibridnyy-mnogourovnevyy-preobrazovatel-chastoty-na-baze-chetyrehurovnevogo-invertora-napryazheniya

M. Veenestra, A Rufer, “Control of a Hybrid Asymmetric Multilevel Inverter for Competitive Medium-Voltage Industrial Drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 2, pp. 665-664, Mar.-Apr. 2005, DOI: 10.1109/TIA.2005.844382

X. Yuan “Derivation of multilevel voltage source converter topologies”, IECON 2016 - 42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Florence, pp. 3323-3330, 2016, DOI: 10.1109/IECON.2016.7794020

V.Ya. Zhuykov, L.M. Lukyanenko, D.A.Mykolaets, K.S. Osypenko, A.O. Stelyuk, T.A. Tereshchenko, Yu.S. Yamnenko “Pidvyshennya efektivnosti system z vidnovlyuvanymy dzherelamy energii. Monografia [Increasing efficiency of the systems with renewable energy sources. Monograph],” Kyiv, Ukraine: Kafedra, 2018, ISBN: 978-617-7301-48-5




Copyright (c) 2018 Терещенко Т. О., Ямненко Ю. С., Федін І. С.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN: 2523-4447
e-ISSN: 2523-4455