Publikacje

Streszczenie:

Monografia stawia sobie za cel opracowanie i uogólnienie metod modulacji wektorowej dla napięciowych, impulsowych przekształtników energii elektrycznej typu AC/DC zasilanych z trójfazowej sieci prądu przemiennego. W pracy przedstawiono zmodyfikowane metody sterowania i modulacji wektorowej przekształtników napięciowych. W opracowanych metodach sterowania i modulacji podjęto próbę kompensacji wpływu czynników deformujących wektor przestrzenny napięć jak czasy martwe, i tym samym obniżających parametry jakości konwersji energii elektrycznej przez przekształtnik. Przedstawiono metodę sterowania aktywnych przekształtników napięciowych zasilanych z sieci prądu przemiennego z predykcją prądu pobieranego przez przekształtnik z sieci zasilającej. Analizie poddano metody sterowania i modulacji trzech układów przekształtników energii prądu przemiennego na prąd stały: dwupoziomowy przekształtnik napięciowy, trójpoziomowy prostownik (tak zwany prostownik Vienna), wielopoziomowy przekształtnik napięciowy z diodami poziomującymi o arbitralnie przyjętej liczbie poziomów napięcia. Analizę każdego z układów przekształtnikowych rozpoczęto od opracowania jego modelu matematycznego. W opracowanych modelach starano się uwzględnić wpływ prądów fazowych na zdolność przekształtnika do wytwarzania odpowiednich poziomów napięć, przy danych stanach łączników energoelektronicznych. Dlatego modele te dobrze opisują działanie przekształtników w stanach tak zwanych czasów martwych, nadają się również do symulacji działania przekształtników w stanach awaryjnych oraz mogą dosyć wiernie odtwarzać napięcia wejściowe przekształtnika w przypadku zastosowania ich w układach sterowania z estymacją napięć wejściowych. Opracowane modele matematyczne posłużyły do ustalenia zbiorów bazowych wektorów przestrzennych napięć – zarówno realizacji stabilnych, jak i chwilowych, dostępnych jedynie przy przejściu któregoś z prądów fazowych przekształtnika
przez zero. Wyznaczono także aktywne obszary modulacji wektora przestrzennego napięć w zależności od przyjętego podzbioru bazowych wektorów przestrzennych napięć wykorzystywanych w danym okresie modulacji, wartości aktualnego sektora prądów i sektora napięć oraz wartości czasu martwego. Poddano analizie warunki równoważenia napięć pojemnościowego dzielnika napięcia występującego w układach prostownika Vienna i przekształtników wielopoziomowych z diodami poziomującymi. Opracowano metodykę wyboru sposobu realizacji bazowych wektorów przestrzennych, spośród ich realizacji nadmiarowych, powodujących zmniejszenie stanu niezrównoważenia dzielnika pojemnościowego. Zaproponowano ulepszenia algorytmu modulacji mające na celu zmniejszenie odkształcenia napięcia wytwarzanego przez przekształtnik, a wynikającego z wprowadzenia czasu martwego do sekwencji modulacyjnej. Poprawność rozwiązań wynikających z analizy teoretycznej sprawdzono metodą symulacji oraz eksperymentalnie.

Abstract:

The major object of this work is development and generalisation of space vector
pulse width modulation methods for voltage-source AC/DC converters supplied
from three-phase power grid. Work focuses on vector oriented, modified control
and modulation methods.
Proposed methods undertake reduction of influence of negative factors on voltage
space vector deformation that decrease the quality parameters of energy conversion
by power converter system. Control method with prediction of current, that is
drawn out from the mains, is developed in the work. Control and modulation
methods of three AC/DC converter structures has been analysed: two-level voltage
source converter, unidirectional energy flow, three-level voltage source converter
(so-called Vienna Rectifier) and generalised multilevel voltage source converter
with levelling diodes with arbitrarily assigned number of voltage levels. Analysis
of each converter system starts from converter modelling.
One attempt to take into account the influence of phase current onto voltages that
are generated on the AC side of power converter. For this reason, developed
models well describe operation of the converter in dead time and are useful in the
case of simulation of failure states (short circuit or open circuit of electronic
switches) and may be used for estimation of AC side voltages in control systems
with reduced number of sensors. Sets of basic voltage space vectors, both stable
and unstable realisations, that appear only when currents pass value of zero, have
been defined on the basis of models. Next, active areas of voltage space vector
pulse width modulation have been defined. Active areas of voltage space vector
depends on basic voltage space vector subset that is used in modulation period,
current and voltage sectors numbers and value of dead time. Terms of balancing of
voltage of capacitor voltage divider of Vienna Rectifier and multilevel converters
with levelling diodes have been analysed. Methodology of choice of active basic
voltage space vectors subset from among redundancy realisations has been
developed. The choice of active basic space vector subset is made in the manner
that unbalance of voltages of capacitor divider decreases. Improvements of
modulation algorithm have been proposed. The main goal of the proposed
improvements is in decreasing of voltage deformation that are caused by presence
of dead times in modulation sequence. Correctness of proposed solutions, that were
carried out from theoretical analysis, has been validated by means of simulation
and experiment.

POWRÓT

Strona główna > Publikacje

Modulacja wektorowa w przekształtnikach AC/DC zasilanych z sieci prądu przemiennego