Маклаков А.С., Радионов А.А., Цзин Т. Алгоритм смены стратегий предварительно запрограммированной широтно-импульсной модуляции трехуровневого преобразователя

скачать PDF

Аннотация

Формирование стратегий управления переключением полупроводниковых ключей силовых преобразователей с помощью заранее заданных последовательностей начинается во второй половине 20-го века. Основная идея стратегий заключается в модулировании напряжения преобразователя с определённым спектром гармоник. Следует отметить, что контролировать спектр гармоник трудноосуществимо в условиях низкой частоты переключений полупроводниковых модулей преобразователей классическими методами широтно-импульсной модуляции (ШИМ), такими как синусоидальной ШИМ или пространственно-векторной ШИМ. Низкая частота переключений в диапазоне от 150 до 900 Гц является следствием ограниченных возможностей полупроводниковой базы в области номинальных мощностей преобразователей свыше мегаватта. Развитие и исследование подобных способов управления переключением полупроводниковых модулей для преобразователей большой мощности является наиболее актуальным направлением ввиду их известных проблем в области электромагнитной совместимости, качества преобразованной электроэнергии и электрических потерь при частых коммутациях ключей, приводящих к перегревам. Существует ряд научных исследований, которые показывают эффективность изменения последовательностей подключений ключей преобразователей в процессе их работы, но алгоритм их смены подробно не рассмотрен в научной литературе. Статья посвящена разработке алгоритма смены стратегий предварительно запрограммированных широтно-импульсно модулируемых (ПЗШИМ) последовательностей переключений ключей трёхуровневого преобразователя. Сформулированы требования к разрабатываемому алгоритму, учитывающие значения коэффициента модуляции, угол сдвига внутренней ЭДС преобразователя от напряжения сети, а также состояния полупроводниковых модулей каждой фазы преобразователя. Проведены экспериментальные исследования на лабораторном оборудовании и показана работоспособность предложенного алгоритма. Определены перспективы использования результатов исследования для высоковольтных преобразователей.

Ключевые слова

силовая преобразовательная техника, силовая электроника, широтно-импульсная модуляция, заранее заданные последовательности переключений, трёхуровневый преобразователь

Маклаков Александр Сергеевич – канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, управление научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), Челябинск, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0001-7950-708X

Радионов Андрей Александрович – д-р техн. наук, профессор, кафедра автоматика и управление, Московский политехнический университет, Москва, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0002-3914-4429

Цзин Тао – канд. техн. наук, преподаватель, факультет механики и электротехники, Китайский университет Цзиляна, Ханчжоу, Провинция Чжэцзян, Ки-тай, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0003-1371-1031  

  1. Wu B., Narimani M. High-power converters and AC drives. New Jersey. 2nd ed. Wiley-IEEE Press, 2017. 480 p.
  2. Medium-Voltage Drives: Challenges and existing technology / H. Abu-Rub, S. Bayhan, S. Moinoddin, M. Malinowski, J. Guzinski // IEEE Power Electronics Magazine. 2016. Vol. 3. No. 2. Pp. 29-41. doi: 10.1109/MPEL.2016.2551802
  3. Jing T., Maklakov A.S. A review of voltage source converters for energy applications // International Ural Conference on Green Energy. IEEE, 2018. Pp. 275-281. doi: 10.1109/URALCON.2018.8544364
  4. The Essential Role and the Continuous Evolution of Modula-tion Techniques for Voltage-Source Inverters in the Past, Present, and Future Power Electronics / J.I. Leon, S. Kouro, L.G. Franquelo, J. Rodriguez, B. Wu // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63. No. 5. Pp. 2688-2701. doi: 10.1109/TIE.2016.2519321
  5. Nikolaev A.A., Gilemov I.G., Denisevich A.S. Analysis of Influence of Frequency Converters with Active Rectifiers on the Power Quality in Internal Power Supply Systems of Industrial Enterprises // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2018. Pp. 1–4. doi: 10.1109/ICIEAM.2018.8728819
  6. Nikolaev A.A., Gilemov I.G., Antropova L.I. Fearures of the Mathematical Modeling of Frequency Converters with Active Rectifiers for Power Quality Analysis in Internal Power Supply Systems // IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EICon-Rus). IEEE, 2020. Pp. 774-778. doi: 10.1109/EIConRus49466.2020.9038988
  7. Providing Electromagnetic Compatibility of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers at Internal Power Supply System of Cherepovets Steel Mill / A.A. Nikolaev, I.G. Gilemov, M.V. Bulanov, V.I. Kosmatov // XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED). IEEE, 2021. Pp. 1-8. doi: 10.1109/ACED50605.2021.9462264
  8. Цзин Тао. Разработка методов расчёта и алгоритма смены предварительно запрограммированных широтно-импульсно модулируемых последовательностей переключений полупроводниковых модулей трёхфазного трёхуровневого активного выпрямителя напряжения с фиксирующими диодами: дис. … кан. техн. наук. 05.09.12 / Цзин Тао. Челябинск, 2021.
  9. Hybrid PWM strategy of SVPWM and VSVPWM for NPC three-level voltage-source inverter / W. Jiang, S. Du, L. Chang, Y. Zhang, Q. Zhao // IEEE Transactions on Power Electronics. 2010. Vol. 25. No. 10. Pp. 2607-2619. doi: 10.1109/TPEL.2010.2041254
  10. Adjustable proportional hybrid SVPWM strategy for neutral-point-clamped three-level inverters / C. Xia, H. Shao, Y Zhang, X. He // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2013. Vol. 60, no. 10. Pp. 4234-4242. doi: 10.1109/TIE.2012.2213558
  11. Zhang Y. Hybrid PWM scheme for grid-connected PV inverter: M.-Eng / Yang Fan Zhang. Zhejiang, 2014.
  12. Hybrid PWM Scheme for the Grid Inverter / Y. Zhang, D. Xu, C. Yan, S. Zou // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2015. Vol. 3. No. 4. Pp. 1151-1159. doi: 10.1109/JESTPE.2015.2451159
  13. A flexible hybrid selective harmonic elimination transition algorithm to provide variable frequency of output voltage in 3L-NPC inverter / T. Jing, A.S. Maklakov, A.A. Radionov, V.R Gasiyarov // 45th Annual Conference of the IEEE In-dustrial Electronics Society. IEEE, 2019. Pp. 3307-3311. doi: 10.1109/IECON.2019.8927054

Маклаков А.С., Радионов А.А., Цзин Т. Алгоритм смены стратегий предварительно запрограммированной широтно-импульсной модуляции трехуровневого преобразователя // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 3(56). С. 36-43. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-3(56)-36-43

Подробности
Просмотров: 370