Analysis of strategies of modulation voltage of the active rectifier based on the modular multilevel converters

Abstract

25 ВведениеСовременный подход к увеличению энерго-эффективности технологических процессов и уже-сточение требований к качеству электроэнергии существенным образом отразились на выборе вы-прямительных схем на входе преобразователей частоты мощных электроприводов. В связи с этим, в двухзвенных преобразователях частоты широкое применение нашли активные выпрямители на полностью управляемых ключах. Такое решение позволяет обеспечить двусторонний обмен энер-гией, регулирование коэффициента мощности и приемлемый гармонический состав тока, потреб-ляемого из сети.Классические силовые схемы активных выпря-мителей мощных электроприводов, как правило, представляют собой параллельное соединение не-скольких трехуровневых инвертеров, включенных на сеть через понижающий трансформатор [1, 2]. Для уменьшения искажений синусоидальности формы кривой сетевого тока используют много-пульсные схемы соединений обмоток силового трансформатора [3]. На современном этапе подоб-ные конфигурации представляют собой последо-вательное соединение первичных обмоток транс-форматора и разные группы соединений вторич-ных обмоток. На практике в мощных электропри-водах применяют 12-, 18-, 24-и 48-пульсные сило-вые схемы [1][2][3][4].Недостатком подобных решений активных выпрямителей является наличие группы силовых трансформаторов с нестандартными соединениями обмоток, что существенно увеличивает массогаба-ритные характеристики и ведет к удорожанию схемы. В современных условиях постепенного снижения стоимости IGBT-транзисторов и роста цен на активные материалы трансформаторов формируется принципиально новое направление развития преобразователей частоты, которое за-ключается в проектировании «бестрансформатор-ных» многоуровневых конвертеров на базе мо-дульных конструкций.Концепция Рассмотрены многоуровневые конвертеры на базе модульной конструкции (ММС), предназначен-ные для высоковольтных сетей в качестве активных выпрямителей регулируемых электроприводов пе-ременного тока, а также статических компенсаторов реактивной мощности. Приведена структура ММС, отличительная особенность которой заключается в том, что каждая фаза содержит ряд последовательно включенных одинаковых подмодулей. Представлена типовая топология подмодуля, состоящая из кон-денсатора, шунтируемого встречно-параллельным соединением диода и транзистора. Рассмотрены воз-можные рабочие состояния подмодуля, влияющие на уровень напряжения на входных зажимах. Деталь-но проанализированы три известных способа модуляции напряжения ММС: метод амплитудно-импульсной модуляции, метод с назначением коммутируемого подмодуля и метод сравнения с опорным напряжением. Приведено содержание высших гармоник в выходном линейном напряжении ММС для трех перечисленных способов модуляции. Показано, что в методе сравнения с опорным напряжением уровень THD напряжения на входных зажимах конвертера составляет значение порядка 4 % при частоте коммутации силовых ключей 300 Гц.Ключевые слова: модульный многоуровневый конвертер, способы модуляции, активный выпрями-тель, высшие гармоники, искажение синусоидальности кривой.

Basic principles of space vector modulation for three-level NPC-inverters

“…Наиболее распространенным исполнением конверторов промышленных электроприводов большой мощности на сегодняшний день является параллельное включение двух одинаковых двухзвенных преобразователей частоты (ПЧ), каждый из которых представляет собой совокупность активного выпрямителя АВН (AFEactive front-end) и автономного инвертора напряжения АИН (VSIvoltage source inverter) [1,2]. Подобная схема (рис.…”