Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 23 · № 2 · 2018 кві 30, 2018 Електронні системи та сигнали

Огляд основних топологій багаторівневих каскадних інверторів напруги

TT
Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
YY
Yuliia Serhiivna Yamnenko Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
IF
Ihor Serhiiovych Fedin Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
Сторінки49-57 Опублікованокві 30, 2018
PDF
ТОМ 23 · № 2 · 2018 Переглянути випуск

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

Посилання

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. P. W. Hammond, “MediumVoltage PWM Drive and Method,” US565545, 1977, URL: https://patents.google.com/patent/US5625545A/en
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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
  30. 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
  31. 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
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація
с. 362283.1-362283.7
10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел
с. 356487.1-356487.11
10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення
с. 361138.1-361138.6
10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 35

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.