پروژه آموزشی شبیه سازی مقاله تحلیل جریان برق و انرژی ذخیره شده در خازن مبدل چند سطحی مدولار با متلب

ترجمه ماشینی بخشی از مقاله:

کلید واژه ها
«مبدل های چند سطحی» ، «MOSFET» ، «بازده» ، «سیستم های چگالی توان بالا» ، «مدارها»

چکیده:

در این مقاله تجزیه و تحلیل نظری جریان برق و کل انرژی ذخیره شده در خازن یک مبدل چند سطحی مدولار با نقطه خنثی بست (NPC-MMC) توصیف می شود. NPC-MMC هم از یک ساختار سه سطحی با خازن های DC متداول و سلولهای هلی کوپتر تشکیل شده است. در مقایسه با MMC معمولی فقط به نیمی از سلولهای خردکن نیاز دارد. در این مقاله ، ابتدا تجزیه و تحلیل نظری نشان می دهد که NPC-MMC می تواند برق AC را نه تنها از سلول ها بلکه از خازن های متداول DC نیز تأمین کند. جریان مستقیم برق بین خازنهای DC و سمت AC باعث کاهش 48 درصدی کل انرژی ذخیره شده در خازنهای سلول و خازنهای DC به MMC معمولی می شود. در مرحله دوم ، مدار آزمایشی 10 کیلوولت آمپر با استفاده از MOSFET های ولتاژ پایین ، تحلیل انرژی خازن را تأیید می کند. راندمان اندازه گیری شده به مقدار بسیار بالای 99.3٪ می رسد. بنابراین ، نه به گرما گیر و نه به فن های خنک کننده احتیاج دارد. این نتایج تجربی نشان می دهد که NPC-MMC می تواند هم کوچک سازی و هم کارایی بسیار بالا را بدست آورد.

مقدمه:

مبدل متصل به شبکه با ولتاژ کم به طور گسترده ای برای سیستم های تهویه مطبوع فتوولتائیک (PV-PCS) ، سیستم های برق اضطراری (UPS) و مبدل های برق احیا شده استفاده می شود. به عنوان یک توپولوژی مبدل ، مبدل دو سطح معمولاً درخواست کاربرد آن را داده است زیرا تعداد دستگاه های سوئیچینگ آن کم است و به راحتی قابل کنترل است. با این وجود فیلترهای بزرگ و پرهزینه برای نگهداری کد شبکه به دلیل اجزای سازنده بزرگ هارمونیک مورد نیاز هستند. مبدلهای چندسطحی ، که ولتاژ خروجی هارمونیکی کمی تولید می کنند ، مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند [1]. یک فیلتر بسیار کوچک برای مبدل های چند سطح کافی است تا تحریف هارمونیک و تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب کند. ولتاژ مقاومت دستگاه سوئیچینگ در مبدل چند سطحی به 1 / (N-1) کاهش می یابد (N تعداد سطح ولتاژ است). در [2] ، در صورت استفاده از MOSFET ، حتی در صورت افزایش تعداد سوئیچ ، می توان با افزایش تعداد ولتاژ ، تلفات برق را نیز کاهش داد. یک مبدل چندسطحی مدولار (MMC) ، که متشکل از مبدلهای واحد متصل به سری با یک خازن مانند سلولهای هلی کوپتر و سلولهای پل است ، پیشنهاد شده است [3] و عملکرد و کنترل های آن در [4] بحث شده است. تعداد سطوح MMC با افزایش تعداد سلول ها به راحتی افزایش می یابد. اما خازنهای بسیار بزرگ سلول برای سرکوب موج ولتاژ فرکانس اساسی خازنهای سلول لازم است [5]. برای کاهش خازنهای سلول ، چندین پیکربندی مدار ارائه شده است. مبدل بازوی جایگزین (AAC) [6] متشکل از دستگاه سوئیچ متصل به سری به مبدل های واحد متصل به سری برای کاهش تعداد سلول ها است. اما سلول برای AAC یک سلول کامل پل است. بنابراین تعداد کل دستگاه های سوئیچینگ افزایش می یابد. یک مبدل چند سطحی تعبیه شده مدولار (MEMC) [7] – [9] بر اساس یک ساختار سه سطحی با تریستور یا IGBT و مبدل های واحد متصل به سری ساخته شده است. ولتاژ مبدل های واحد سری متصل به MEMC تقریباً نیمی از MMC است.

بخشی از گزارش کار:

توضیحات: در این پروژه یک اینورتر چند سطحی مدولار نقطه خنثی کلمپ شده در محیط نرم افزاری سیمولینک/متلب شبیه سازی شده و مورد تحلیل قرار گرفته است. این ساختار که در شکل 1 نشان داده شده، در واقع شامل هر دوی ساختار سه سطحی با خازن های DC مشترک و زیرماژول ها یا سلول های چاپر می باشد.

مبدل موردنظر دارای چهار کلید ولتاژ بالا و شش سلول چاپر در هر پایه می باشد. در هر بازو سه سلول قرار دارد که هر سلول نیز دارای ساختار مشابه با شکل 2 می باشد که در واقع به صورت یک مبدل نیم پل دو سطحی است که از دو کلید سری شده با یکدیگر تشکیل شده که با یک خازن DC موازی شده اند.

شبیه سازی و نتایج:

برای شبیه سازی از محیط سیمولینک استفاده کرده و ساختار را مشابه با شکل 1 طراحی می کنیم. در اینجا ورودی ما یک منبع ولتاژ یکسو با مقدار 350 ولت و خروجی یک بار سه فاز متناوب است که توان 10 کیلووات را در فرکانس 50 هرتز از اینورتر می کشد.

برای عملکرد صحیح اینورتر لازم است که هم کلیدهای ولتاژ بالا و هم کلیدهای سری شده در سلولهای چاپر به صورت مجزا تحریک شوند. به همین منظور دو زیر سیستم مجزا برای کنترل کلیدهای فوق در نظر گرفته شده که در شکل 4 نشان داده شده­اند. در شکل 4 الف) کنترل، با کمک طرح نشان داده شده در شکل 2 مقاله بیس انجام شده که مطابق با شکل 5، برای هر پایه، سیگنالهای تحریک از مقایسه یک سیگنال کریر مثلثی با سیگنال مرجع سینوسی بدست می آیند. سیگنالهای کریر مشابه بوده اما سیگنالهای مرجع اختلاف فاز 120 درجه ای از یکدیگر دارند…

پروژه شبیه سازی مقاله تحلیل جریان برق و انرژی ذخیره شده در خازن مبدل چند سطحی مدولار با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده.