Алгоритм ШИМ для выравнивания потерь между низковольтными ячейками многоуровневого преобразователя частоты

Ю. К. Каземирова; А. С. Анучин; Ф. Б. Гетьманенко; С. Э. Гришин; Д. И. Алямкин; А. В. Ковязин

doi:10.34831/EP.2021.67.29.004

Алгоритм ШИМ для выравнивания потерь между низковольтными ячейками многоуровневого преобразователя частоты

Ю. К. Каземирова, А. С. Анучин, Ф. Б. Гетьманенко, С. Э. Гришин, Д. И. Алямкин, А. В. Ковязин

Аннотация

Топология высоковольтного преобразователя напряжения с низковольтными ячейками имеет широкое применение. Последовательное соединение ячеек позволяет увеличить эффективную частоту широтно-импульсной модуляции (ШИМ) пропорционально количеству ячеек. Однако существующие алгоритмы ШИМ для данной топологии преобразователя имеют недостатки: временнáя задержка, которая ограничивает быстродействие контура тока, необходимость повторной инициализации несущих сигналов ШИМ в случае отказа ячейки и неравномерное распределение потерь. Для решения данных проблем рассмотрен алгоритм ШИМ, при котором одна ячейка работает с заданием ШИМ и последующим переключением ячеек. Разработанный алгоритм ШИМ может работать в случае частичного отказа инвертора, обеспечивает максимально возможное напряжение на нагрузке и имеет высокое быстродействие.

Ключевые слова

высоковольтный преобразователь частоты; многоуровневый инвертор; широтно-импульсная модуляция; низковольтная ячейка

Полный текст:

PDF

Литература

Pharne, I. D. A review on multilevel inverter topology / I. D. Pharne and Y. N. Bhosale // 2013 International Conference on Power, Energy and Control (ICPEC), Sri Rangalatchum Dindigul. - 2013. - Pp. 700 - 703, DOI: 10.1109/ICPEC.2013. 6527746.

Choudhury, A. Performance comparison study of two and three-level inverter for electric vehicle application / А. Choudhury, P. Pillay, M. Amar and S. S. Williamson // 2014 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), Dearborn, MI, 2014. - Pp. 1 - 6, DOI: 10.1109/ ITEC.2014.6861852.

Cheng, C. Flying-capacitor-clamped five-level inverter based on switched-capacitor topology / C. Cheng and L. He // 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI. - 2016. - Pp. 1 - 5, DOI: 10.1109/ECCE. 2016.7855123.

Booma, N. Nine level cascaded H-bridge multilevel DC-link inverter / N. Booma and N. Sridhar // 2011 International Conference on Emerging Trends in Electrical and Computer Technology, Nagercoil. - 2011. - Pp. 315 - 320, DOI: 10.1109/ICETECT.2011.5760135.

Renani, E. T. Performance evaluation of multicarrier PWM methods for cascaded H-bridge multilevel inverter / E. T. Renani, M. F. M. Elias and N. A. Rahim // 3rd IET International Conference on Clean Energy and Technology (CEAT) 2014, Kuching. - 2014. - Pp. 1 - 5, DOI: 10.1049/cp. 2014.1455.

Sreenivasarao, D. Performance evaluation of carrier rotation strategy in level-shifted pulse-width modulation technique / D. Sreenivasarao, P. Agarwal and B. Das // In IET Power Electronics. - March 2014 - Vol. 7. - No. 3. - Pp. 667 - 680, DOI: 10.1049/iet-pel.2013.0109.

Gupta, K. K. Carrier based PWM for even power distribution in cascaded H-bridge multilevel inverters within single power cycle / K. K. Gupta, P. Bhatnagar, H. Vahedi and K. Al-Haddad // IECON 2016 - 42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Florence. - 2016. - Pp. 6470 - 6475, DOI: 10.1109/IECON. 2016.7793061.

Rao, J. V. Hardware implementation of carrier rotation strategy for Cascaded H-bridge multilevel inverters / J. V. Rao and A. Mahesh // 2017 International Conference on Computing, Communication and Automation (ICCCA), Greater Noida. - 2017. - Pp. 1578 - 1583, DOI: 10.1109/CCAA. 2017.8230055.

Chavarria, J. Energy-Balance Control of PV Cascaded Multilevel Grid-Connected Inverters Under Level-Shifted and Phase-Shifted PWMs / J. Chavarria, D. Biel, F. Guinjoan, C. Meza and J. J. Negroni // In IEEE Transactions on Industrial Electronics. - Jan. 2013. - Vol. 60. - No. 1. - Pp. 98 - 111, DOI: 10.1109/TIE.2012.2186108.

Prieto, J. Comparative Analysis of Discontinuous and Continuous PWM Techniques in VSI-Fed Five-Phase Induction Motor / J. Prieto, M. Jones, F. Barrero, E. Levi and S. Toral // In IEEE Transactions on Industrial Electronics. - Dec. 2011 - Vol. 58. - No. 12. - Pp. 5324 - 5335, DOI: 10.1109/TIE.2011.2126540.

Di Piazza, M. C. Efficiency analysis in induction motor drives with discontinuous PWM and electrical loss minimization / M. C. Di Piazza and M. Pucci // 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM), Berlin. - 2014.- Pp. 736 - 743, DOI: 10.1109/ICELMACH.2014. 6960263.

Gupta, K. A General Space Vector PWM Algorithm for Multilevel Inverters, Including Operation in Overmodulation Range / K. Gupta and A. M. Khambadkone // In IEEE Transactions on Power Electronics. March 2007 - Vol. 22 - No. 2 - Pp. 517 - 526, DOI: 10.1109/TPEL.2006. 889937.

Prasad, P K. N. V. A modified space vector algorithm for 5-level cascaded multilevel inverter / K. N. V. Prasad, P. ParimitaPradhan, B. Misra and J. Surekha // 2017 Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), Vellore. - 2017 - Pp. 1 - 6, DOI: 10.1109/IPACT. 2017.8245107.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.67.29.004