به‌کارگیری روش جدید انتقال فاز حامل تطبیقی جهت متعادل‌سازی ولتاژ باس DC مبدل پل H متوالی
الموضوعات :میترا راه علی اصل 1 , مهدی سرادارزاده 2 , علیرضا نمدمالان 3
1 - دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول
2 - دانشگاه صنعتی جندی شاپور
3 - دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول
الکلمات المفتاحية: مبدل پل H سریجبران‌ساز سنکرون استاتیکیمتعادل‌سازی ولتاژ خازن‌هاانتقال فاز حامل تطبیقی,
ملخص المقالة :
مبدل پل H متوالی یکی از پرکاربردترین مبدل‌های چندسطحی در مبدل‌های توان بالا است. اما نامتعادلی ولتاژ DC خازن‌ها در این مبدل از مشکلات به کارگیری آنها به خصوص در کاربردهایی است که خازن‌ها از طریق شبکه شارژ می‌شوند. علت عمده بروز این نامتعادلی در ولتاژ خازن‌ها، تفاوت در تلفات هر سلول مبدل است. در این مقاله روش جدیدی برای متعادل‌سازی ولتاژ خازن باس DC مبدل چندسلولی پل H متوالی ارائه می‌شود که نیاز به اندازه‌گیری جریان عبوری از سلولها ندارد. روش پیشنهادی که انتقال فاز حامل تطبیقی (ACPS) نامیده می‌شود بر پایه استفاده از روش مدولاسیون عرض پالس مبتنی بر انتقال فاز بنا شده که با اندازه‌گیری ولتاژهای باس DC و تغییر مقدار انتقال فاز سلولها به متعادل‌سازی ولتاژ خازن‌ها می‌پردازد. روش پیشنهادی به صورت ریاضی تحلیل شده و جهت متعادل‌سازی ولتاژ خازن‌ها بر روی یک مبدل پل H متوالی هفت‌سطحی در کاربرد مبدل به‌عنوان جبران‌ساز سنکرون استاتیکی (STATCOM) استفاده شده است. شبیه‌سازی‌های متعددی در نرم‌افزار MATLAB/Simulink انجام شده که به خوبی کارایی روش متعادل‌سازی پیشنهادی در حفظ تعادل ولتاژ باس DC سلولها را نشان می دهد.
[1] S. Kouro, et al., "Recent advances and industrial applications of multilevel converters," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2553-2580, Aug. 2010.
[2] A. Khoshkbar-Sadigh, V. Dargahi, and K. Corzine, "New flying capacitor based multilevel converter with optimized number of switches and capacitors for renewable energy integration," IEEE Trans. Energy Convers., vol. 31, no. 3, pp. 846-859, Sep. 2016.
[3] J. I. Leon, S. Kouro, L. G. Franquelo, J. Rodriguez, and B. Wu, "The essential role and the continuous evolution of modulation techniques for voltage-source inverters in the past, present, and future power electronics," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 63, no. 5, pp. 2688-2701, May 2016.
[4] A. K. Sadigh, V. Dargahi, and K. Corzine, "New active capacitor voltage balancingmethod for five-level stacked multicell converter," in Proc. IEEE Appl Power Electron. Conf. Expo., APEC'16, pp. 1191-1197, Long Beach, CA, USA, 20-24 Mar. 2016.
[5] Y. Liu, S. Bhattacharya, W. Song, and A. Q. Huang, "Control strategy for cascade multilevel inverter based STATCOM with optimal combination modulation," in Proc. 39th IEEE Power Electronics Specialists Conf. PESC'08, pp. 4812-4818, Rhodes, Greece, 15-19 Jun. 2008.
[6] F. Z. Peng, J. S. Lai, and J. W. McKeever, "A multilevel voltage-source inverter with separate DC sources for static VAr generation," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 32, no. 5, pp. 1130-1138, Sept./ Oct. 1996.
[7] I. Sanz, M. Moranchel, E. J. Bueno, and F. J. Rodriguez, "Analysis of medium voltage modular multilevel converters for FACTS applications," in Proc. IECON 42nd Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 6459-6464, Florence, Italy, 23-26 Oct. 2016.
[8] J. Rodriguez, J. S. Lai, and F. Z. Peng, "Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, pp. 724-738, Aug. 2002.
[9] Y. Cheng, C. Qian, M. L. Crow, S. Pekarek, and S. Atcitty, "A comparison of diode-clamped and cascaded multilevel converters for a STATCOM with energy storage," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 5, pp. 1512-1521, Oct. 2006.
[10] H. Akagi, S. Inoue, and T. Yoshii, "Control and performance of a transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 43, no. 4, pp. 1041-1049, Jul./ Aug. 2007.
[11] C. Han, A. Q. Huang, Y. Liu, and B. Chen, "A generalized control strategy of per-phase DC voltage balancing for cascaded multilevel converter based STATCOM," in Proc. IEEE Power Electron. Spec. Conf., pp. 1746-1752, Orlando, FL, USA, 17-21 Jun. 2007.
[12] L. Maharjan, S. Inoue, and H. Akagi, "A transformerless energy storage system based on a cascade multilevel PWM converter with star configuration," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 44, no. 5, pp. 1621-1630, Sept./Oct. 2008.
[13] Y. Li and B. Wu, "A novel DC voltage detection technique in the CHB inverter-based STATCOM," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 23, no. 3, pp. 1613-1619, Jul. 2008.
[14] J. A. Barrena, L. Marroyo, M. A. R. Vidal, and J. R. T. Apraiz, "Individual voltage balancing strategy for PWM cascaded H bridge converter-based STATCOM," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 1, pp. 21-29, Jan. 2008.
[15] Z. Liu, B. Liu, S. Duan, and Y. Kang, "A novel DC capacitor voltage balance control method for cascade multilevel STATCOM," IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 1, pp. 14-27, Jan. 2012.
[16] M. Moosavi, G. Farivar, H. I. Eini, and S. M. Shekarabi, "A voltage balancing strategy with extended operating region for cascaded H bridge converters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 9, pp. 5044-5053, Sep. 2014.
[17] R. E. Betz, T. Summers, and T. Furney, "Symmetry compensation using a H-bridge multilevel STATCOM with zero sequence injection," in Proc. IEEE Ind. Appl. Conf., 41st Ind. Appl. Soc. Annu. Meeting, vol. 4, pp. 1724-1731, 8-12 Tampa, FL, USA, Oct. 2006.
[18] N. Hatano and T. Ise, "Control scheme of cascaded H-bridge STATCOM using zero-sequence voltage and negative-sequence current," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 25, no. 2, pp. 543-550, Apr. 2010.
[19] D. Lu, et al., "Clustered voltage balancing mechanism and its control strategy for star-connected cascaded H-bridge STATCOM," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 64, no. 10, pp. 7623-7633, Oct. 2017.
[20] J. Jung, J. Lee, S. Sul, G. T. Son, and Y. Chung, "DC capacitor voltage balancing control for delta-connected cascaded H-bridge STATCOM considering unbalanced grid and load conditions," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 6, pp. 4726-4735, Jun. 2018.
[21] M. Xiao, Q. Xu, and H. Ouyang, "An improved modulation strategy combining phase shifted PWM and phase disposition PWM for cascaded H-bridge inverters," Energies, vol. 10, no. 9, pp. 1-14, Sept. 2017.
[22] M. Saradarzadeh, S. Farhangi, J. L. Schanen, D. Frey, and P. O. Jeannin, "A novel DC bus voltage balancing of cascaded H-bridge converters in D-SSSC application," J. of Power Electronics, vol. 12, no. 4, pp. 567-577, Jul. 2012.
