Аннотация
Существующие исследования в области оценки влияния мощных силовых полупроводниковых преобразователей с предварительно запрограммированной ШИМ с удалением выделенных гармоник (ПЗШИМ с УВГ) недостаточны. Особенно актуально стоит задача в определении генерируемых преобразователем с ПЗШИМ с УВГ амплитуд неудалённых высших гармоник, которые являются основной причиной выхода из строя электронного оборудования в точке общего присоединения к сети, в том числе при наличии резонансных явлений. В данной статье проведено исследование спектров напряжения и токов трёхуровневого преобразователя при ПЗШИМ с УВГ. Показано поведение неудалённых гармоник до 50-й в спектрах напряжений и токов трехуровневого преобразователя в диапазоне изменения коэффициента модуляции от 0 до 1,15 для трёх ПЗШИМ с УВГ: №1 – 5 и 7; №2 – 5, 7, 11 и 13; №3 – 5, 7, 11, 13, 17 и 19. Исследование показало, что для рассматриваемых паттернов ПЗШИМ с УВГ амплитуды неудаленных гармоник изменяются в зависимости от коэффициента модуляции. Наибольшую амплитуду имеет гармоника, которая является первой после последней удаленной и её максимальное значение не превышает 30,3%. Проведенные исследования перспективны для высокомощных силовых преобразователей с ограниченной частотой переключений полупроводниковых модулей. Результаты проведенных исследований применимы для решения проблем обеспечения электромагнитной совместимости, повышении энергоэффективности и оптимизации потерь мощности полупроводниковых преобразователей. Работа перспективна для дальнейшего изучения и оценки влияния силовых преобразователей с ПЗШИМ с УВГ для модульных топологий, многопульсных схем подключения к питающей сети и резонансных явлений.
Ключевые слова
силовая электроника, широтно-импульсная модуляция, предварительно запрограммированная ШИМ, удаление выделенных гармоник, инвертор напряжения, трёхуровневый преобразователь
1. Holmes D.G., Lipo T.A. Programmed modulation strategies. In pulse width modulation for power converters: Principles and Practice // IEEE: Piscataway, NJ, USA. 2003. Pp. 383-431. doi: 10.1109/9780470546284.ch9
2. Pontt J., Rodriguez J., Huerta R. Mitigation of noneliminated harmonics of SHEPWM three-level multipulse three-phase active front end converters with low switching frequency for meeting standard IEEE-519-92 // IEEE Trans. Power Electron. 2004. No. 19(6). Pp. 1594-1600. doi: 10.1109/TPEL.2004.836616
3. Comparative study between the performances of a three-level and two-level converter for a Wind Energy Conversion System / M. Annoukoubi, A. Essadki, H. Laghridat, T. Nasser // Proceedings of the 2019 International Conference on Wire-less Technologies, Embedded and Intelligent Systems (WITS). IEEE, 2019. 6 p. doi: 10.1109/WITS.2019.8723739
4. Analysis and experimental verification for multiple solutions of bipolar SHEPWM waveforms applied in control system of induction machines / W. Cong, F. Zhao, X. Guo, X. Wen, Y. Wang, X. Song // Proceedings of the 2011 International Conference on Electrical Machines and Systems. IEEE, 2011. 4 p. doi: 10.1109/ICEMS.2011.6073544
5. Generalized method for harmonic elimination in two and three level voltage sourced converters / Z. Ali, N. Christofides, M. Tahir, K. Saleem, M. Gul, S.R. ul Hasnain, B. Khan // 2015 International Conference on Emerging Technologies (ICET). IEEE, 2015. 6 p. doi: 10.1109/ICET.2015.7389186
6. Bhadra S., Patangia H. Unified analytical solution for bipolar, unipolar, and multistep SHE converters // Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). IEEE, 2018. 5 p. doi: 10.1109/ISCAS.2018.8351567
7. Hybrid SHM-SHE pulse-amplitude modulation for high-power four-leg inverter / S. Mohammad, V. Hani, P. Ramon, K. Mohammad, S. Abdolreza, G.F. Leopoldo, A. Kamal // IEEE Trans. Ind. Electron. 2016. No. 63(11). Pp. 7234-7242. doi: 10.1109/TIE.2016.2538204
8. Omara A.M., Sleptsov M., El-Nemr M.K. Genetic algorithm optimization of SHE-PWM technique for paralleled two-module VSIs employed in electric drive systems // Proceedings of the 25th International Workshop on Electric Drives: Optimization in Control of Electric Drives (IWED). IEEE, 2018. 6 p. doi: 10.1109/IWED.2018.8321380
9. Nikolaev A.A., Bulanov M.V., Shakhbieva K.A. Development of improved PWM algorithm of active rectifier with function of resonant phenomena adaptation in electrical networks of medium voltage // Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2020. 9112051. doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9112051
10. Цзин Т. Разработка методов расчёта и алгоритма смены предварительно запрограммированных широтно-импульсно модулируемых последовательностей переключений полупроводниковых модулей трёхфазного трёхуровневого активного выпрямителя напряжения с фиксирующими диодами: дис. … канд. техн. наук. 05.09.12 / Цзин Тао. Челябинск, 2021.
11. Лисовская Т.А. Компенсация реактивной мощности в питающей сети посредством активных выпрямителей напряжения: дис. … канд. техн. наук. 2.4.2 / Лисовская Татьяна Александровна. Магнитогорск, 2024.
12. Маклаков А.С., Антоненко А.С. Исследование поведения спектров напряжения двухуровневого АИН при ШИМ с удалением выделенных гармоник // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 2(59). С. 65-72. doi: 10.18503/2311-8318-2023-2(59)-65-72
13. Maklakov A.S., Erdakov I.N. Study of Behavior of Voltage and Current Spectra of Three-Level Neutral Point Clamped Converter at Selected Harmonic Elimination Programmed Pulse Pattern Pulse-Width Modulation // Energies. 2023. No. 16, 5183. doi: 10.3390/en16135183
Маклаков А.С., Антоненко А.С., Лисовская Т.А. Исследование спектров сигналов выходного напряжения и тока трёхуровневого преобразователя при предварительно запрограммированной ШИМ с удалением выделенных гармоник // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 2(67). С. 54-61. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-2(67)-54-61