23142

بررسي متعادل سازي ولتاژ خازن در مبدل هاي ماژولار چندسطحي در خطوط ولتاژ بالاي جريان مستقيم

كارشناسي ارشد

قدرت

1399-1400

1399/10/02

دكتر داود عرب خابوري

برق

مبدل¬هاي چندسطحي ماژولار به دلايل ويژگي¬هاي برجسته¬اي كه نسبت به مبدل¬هاي سنتي دارند، بسيار مورد علاقه محققان و صنعت¬گران قرار گرفته¬اند. نياز نداشتن به كليدهاي با تحمل ولتاژ بالا، محتواي هارمونيكي كم، ساختاري ساده، ماژولار بودن و توانايي ارتقاي سطح ولتاژ از مزاياي مبدل¬هاي چندسطحي ماژولار مي¬باشند. يكي از مشكلات مبدل¬هاي چندسطحي ماژولار، متعادل سازي ولتاژ خازن¬ها براي كاهش تلفات و جريان گردشي مي¬باشد. در اين پايان نامه سعي شده است تا دو روش كم هزينه و آسان براي متعادل سازي ولتاژ خازن¬ها در مبدل چند سطحي ماژولار ارائه گردد. در روش اول با استفاده از جهت جريان، بدون مرتب سازي ولتاژ خازن¬ها، خازن¬ها متعادل¬سازي مي¬گردند. متعادل¬سازي در اين روش، با انجام محاسبات كم و با فركانس كليدزني پايين مي¬تواند اجرا گردد. ابتدا بازه¬اي بزرگ به بازه¬هاي كوچك¬تر تقسيم مي¬گردد. بازه¬ها به ترتيب بررسي مي¬شوند و به تعداد خازن مورد نياز سيستم مدولاسيون خازن وارد مدار مي¬گردد. اگر جريان بازو مثبت باشد، بررسي بازه¬ها از بازه¬هاي پاييني به سمت بازه¬هاي بالايي شروع شده و اگر جريان بازو منفي باشد، بررسي بازه¬ها از بازه¬هاي بالايي آغاز شده و به سمت بازه¬هاي پاييني انجام مي-گردددر روش دوم، متعادل سازي ولتاژ خازن¬ها با محاسبات كم و بدون نياز به حسگر به خوبي انجام مي-گيرد. در اين روش نياز به هيچ حسگر جريان و ولتاژ نبوده و نياز به مرتب سازي ولتاژ نمي¬باشد و داراي محاسبات كم مي¬باشد. همچنين تلفات كليدزني در اين روش پايين است. ابتدا تمامي خازن¬ها بايد تمامي مكان¬هايي را كه بقيه¬ي خازن¬ها در آن مكان قرار مي¬گيرند، تجربه كنند. وقتي كه يك خازن در محدوده¬ي ويژه¬اي وارد مدار شد، باقي خازن¬ها نيز با ترتيبي خاص، در همان محدوده وارد مدار مي¬شوند. با عمل، افزايش و كاهش در ولتاژ تمامي خازن¬ها يكسان خواهد بود. اين يكسان بودن تغييرات ولتاژ، ريشه در اين موضوع دارد كه محل قرار گيري خازن¬ها در مدار يكسان بوده است. هر دو روش ذكر شده توانايي پياده سازي با هر روش مدولاسيوني را دارند. هر دو روش متعادل سازي، قابل پياده سازي با هر نوع سيستم مدولاسيون مي-باشند. در ادامه، روشي براي كاهش تعداد حسگر ولتاژ در مبدل چندسطحي ماژولار ارائه مي¬گردد. در نهايت نيز روشي ساده و آسان براي متعادل¬سازي ولتاژ خازن¬ها ارائه مي¬گردد. در اين روش ولتاژ خازن¬ها فقط با مقدار نامي خود مقايسه مي¬گردند. با كمك جريان بازو، خازن¬هاي مناسب وارد مدار مي¬گردند. نتايج شبيه-سازي حاكي از كاهش 70 درصدي تلفات كليدزني و كاهش 90 درصدي حجم محاسبات انجام شده در مقايسه با روش سنتي مي¬باشد. نتايج هر دو روش در با شبيه¬سازي در محيط سيمولينك نرم افزار MATLAB نمايش داده مي¬شوند.

1399/11/09

Investigation of capacitor voltage balancing in multilevel modular converters in high voltage direct current lines

12/22/2020 12:00:00 AM

Modular multilevel converters are highly interested by researchers due to their outstanding characteristics compared to traditional converters. The advantages of modular multilevel converters are the lack of high voltage tolerance switches, low harmonic content, simple structure, modularity and the ability to high voltage levels. One of the problems of modular multilevel converters is balancing the voltage of capacitors to reduce losses and circulation current. In this thesis, we have tried to provide two low cost and easy methods for balancing capacitor voltage in modular multilevel converter. In the first method, capacitors are balanced using the current direction without sorting the voltage of the capacitors. Balancing in first method can be performed by performing low calculations with low switching frequency. First, large interval is divided into smaller intervals. The intervals are checked in order and the required capacitor of the capacitor modulation system enters the circuit. If the arm current is positive, the investigation of the intervals starts from the lower intervals to the upper intervals, and if the arm current is negative, the investigation of the intervals starts from the upper intervals and is carried out towards the lower intervals, in the second method, balancing the voltage of the capacitors with low calculations without the need for the sensor is done well. In this method, no current and voltage sensors are required and there is no need to sort voltage and has low calculations. Also, switching losses in this method is low. First, all capacitors must experience all the places where the rest of the capacitors are located. When a capacitor enters orbit in a special range, the rest of the capacitors enter the circuit in a certain order. By operation, the increase and decrease in voltage of all capacitors will be the same. This same voltage change is rooted in the fact that the capacitors are located in the same circuit. Both of these methods have the ability to implement with any modulation methods. Both balancing methods can be implemented with any modulation system. In the following, a method is presented to reduce the number of voltage sensors in modular multilevel converter. Finally, a simple and easy way to balance the voltage of capacitors is provided. In this method, the voltage of capacitors is compared only to their nominal value. With the help of arm current, appropriate capacitors enter the orbit. Simulation results show a 70 % reduction in switching losses and a 90% reduction in the volume of calculations compared to the traditional method. The results of both methods are displayed by simulation in SIMULINK environment of MATLAB software.

متعادل¬سازي ولتاژ خازن، مبدل چندسطحي ماژولار، عدم نياز به مرتب سازي

Capacitor voltage balancing, Modular multilevel converter, No need for sorting