طوبولوجيا مبتكرة للمحولات المعيارية متعددة المستويات (MMC)
تقترح هذه المقالة طوبولوجيا MMC جديدة تتكون من وحدات فرعية متصلة ومفاتيح طاقة، مثل IGBT عالي الجهد. سيتم تحليل الميزة الرئيسية لهذه الطوبولوجيا، وسيتم عرض النتائج التي تم الحصول عليها من خلال المحاكاة والنموذج الأولي.
تجدون هنا المقال الأصلي
محول وحدات متعدد المستويات (MMC)
تمت دراسة MMC على نطاق واسع بسبب أدائها الممتاز في نظام الجهد العالي1-3، مثل انخفاض dv/dt، وبنية نمطية عالية وانخفاض مستوى الضجيج المشترك. ومع ذلك، فإن تطبيقه على محركات التردد المتغير (VFD) محدود بسبب التموجات الأساسية والثانية النابضة في أذرع MMC أثناء التشغيل العادي والتي تسبب تذبذبات جهد كبيرة خاصة في منطقة التشغيل ذات التردد المنخفض جدًا4-6.
للتغلب على هذه القيود، تم تقديم طوبولوجيا MMC جديدة حيث تتكون كل مرحلة من أربعة أذرع. يتكون اثنان من الأذرع من وحدات فرعية متصلة ومتتالية وهي تشبه تمامًا ساق الطور الواحد في طوبولوجيا MMC التقليدية. يتم تشكيل ذراعين آخرين بواسطة مفاتيح تسلسلية يتم تنشيطها فقط عندما يتغير جهد التيار المتردد في القطبية. بالإضافة إلى ذلك، فإن أرجل الطور الثلاثة عبارة عن سلسلة متصلة في الاتجاه الرأسي لدعم جهد ناقل التيار المستمر.
الفوائد الرئيسية لهذه الطوبولوجيا، الموضحة في الشكل 1، هي كما يلي:
- ويتطلب ثلث الوحدات الفرعية، مقارنة بطوبولوجيا MMC التقليدية
- يكون تموج الطاقة في كل ذراع أصغر مما هو عليه في MMC التقليدي ثلاثي الطور، مما يقلل الحاجة إلى مكثفات كبيرة.
يتم تضمين نصف جسر بذراعين من الخلايا المتتالية MMC في كل مرحلة من مراحل المحول. يتم توصيل جهد طرف الجسر العلوي أو السفلي بالخرج عندما يكون جهد التيار المتردد موجبًا أو سالبًا، على التوالي. وفقًا لتكوين النظام، يكون جهد التيار المستمر لكل مرحلة هو Vالعاصمة/3 وخلال كل نصف دورة أساسية يكون جهد الذراع مساوياً للجهد الجيبي الموجب. يكون جهد الذراع الناتج دائمًا إيجابيًا.
يحتوي تيار الذراع على تيار مستمر وتيار متردد. الأول يساوي تيار المصدر DC، في حين أن التيار المتردد يكون صفراً عندما لا يكون الذراع متصلاً بالمدخل، ويساوي الخرج السالب عندما يكون الذراع متصلاً بجانب التيار المتردد.
على سبيل المثال، يمكننا حساب جهد الذراع والتيار للمرحلة A باستخدام المعادلات التالية. عندما S1=1، S2=0، لدينا:
عندما S1=0، S2=1، لدينا:
معادلات جهد الخرج والتيار هي:
حيث Vap هو جهد الذراع العلوي للمرحلة A، Van هو جهد الذراع السفلي للمرحلة A، Iap هو تيار الذراع العلوي للمرحلة A، Ian هو تيار الذراع السفلي للمرحلة A، M هو مؤشر التعديل ، Va هو جهد الخرج للمرحلة A، وIa هو تيار الخرج للمرحلة A، وVdc هو جهد وصلة التيار المستمر وIdc هو تيار وصلة التيار المستمر.
وفقا لمعادلات جهد الذراع والتيار، يمكن حساب تموج الطاقة كتكامل بين جهد المكثف والتيار. من حيث التوافقيات، لا يتضمن جهد الذراع والتيار أي تموج 2ω و3ω. بسبب إزالة التيار 2ω في تيار الذراع، يتم تقليل حجم المكثف بشكل ملحوظ (حوالي 30%).
نتائج المحاكاة
تم إجراء محاكاة PLECS بقدرة 40 كيلو وات مع جهد ناقل DC 6 كيلو فولت على طوبولوجيا MMC المقترحة. وقد لوحظ وجود تيار خرج عالي الجودة، وحافظت جهود المكثف على توازنها تحت التحكم في فرز الجهد والموازنة. وقد لوحظ وجود تموج في التيار المستمر الناتج عن التوافقيات السادسة. ومع ذلك، يمكن الاحتفاظ به ضمن 10% من تيار التيار المستمر المقدر، ويكون تأثيره على جهد/تيار الطور منخفضًا جدًا.
إن تيار ناقل التيار المستمر خالٍ من التموجات ولا يحتوي جهد/تيار الذراع على التوافقيات الثانية والثالثة، مما يؤكد الميزة التوافقية التي تم تحليلها للطوبولوجيا المقترحة.
النتائج التجريبية والتطور المستقبلي
تم أيضًا إعداد نموذج أولي لـ MMC ثلاثي الطور يعتمد على SiC بقدرة 1.5 كيلو فولت/15 كيلو وات. يُظهر إجراء اختبار النبض المزدوج على نموذج أولي لوحدة فرعية واحدة (SM) أن جهد Vds نظيف تمامًا مما يعني أن الحلقة الطفيلية لا تذكر. بعد ذلك، تم تطوير أربع وحدات فرعية، كما تم إجراء اختبار مرحلة واحدة بوحدتين فرعيتين لكل ذراع في وضع MMC.
يبدو تيار الإخراج جيدًا ويعمل موازنة الجهد بشكل مثالي. والخطوة التالية هي الانتهاء من إعادة التجميع وفقًا لنظام MMC من نوع الجسر الكامل المقترح حديثًا والتحقق من تشغيله الأساسي.
مراجع
1 A. Dekka, B. Wu, RL Fuentes, M. Perez and NR Zargari، “تطور الطوبولوجيات والنمذجة ومخططات التحكم وتطبيقات المحولات المعيارية متعددة المستويات،” في مجلة IEEE للموضوعات الناشئة والمختارة في إلكترونيات الطاقة، المجلد. 5، لا. 4، ص 1631-1656، ديسمبر 2017.
2 Q. Lei وY. Liu وY. Si، “محول T-modularmultilevel ذو الكثافة العالية للغاية للطاقة لمحرك الجهد المتوسط”، IECON 2017 – المؤتمر السنوي الثالث والأربعون لجمعية الإلكترونيات الصناعية IEEE، بكين، 2017، الصفحات من 1133 إلى 1133- 1139.
3 L. He, K. Zhang, J. Xiong, S. Fan, X. Chen and Y. Xue، “محول معياري متعدد المستويات جديد مع قنوات طاقة بين الأذرع العلوية والسفلية المناسبة لمحركات الجهد المتوسط”، مؤتمر IEEE لإلكترونيات الطاقة التطبيقية لعام 2015 والمعرض (APEC)، شارلوت، كارولاينا الشمالية، 2015، الصفحات من 799 إلى 805.
4 MS Diab, AM Massoud, S. Ahmad and BW Williams، “محول معياري متعدد المستويات مع قنوات فصل طاقة التموج لمحركات الأقراص ذات السرعة المتوسطة القابلة للتعديل ثلاثية الطور،” في IEEE Transactions on Power Electronics، المجلد. 34، لا. 5، الصفحات 4048-4063، مايو 2019.
5 Q. Lei وY. Si وY. Liu، “استراتيجية التحكم في نظام تخزين الطاقة لتقليل تقلبات الجهد والتردد في الشبكة الصغيرة”، مؤتمر ومعرض إلكترونيات الطاقة التطبيقية IEEE (APEC) لعام 2018، سان أنطونيو، تكساس، 2018، ص 1500-150.
6 ر. فيلدمان وآخرون، “محول مصدر الجهد الكهربي المعياري متعدد المستويات لنقل الطاقة HVDC،” في معاملات IEEE on Industry Applications، المجلد. 49، لا. 4، الصفحات من 1577 إلى 1588، من يوليو إلى أغسطس. 2013، دوى: 10.1109/TIA.2013.2257636.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
