Badanie
możliwości
zastosowania
topologii przekształtnika
wielopoziomowego typu Hex-Y w aplikacjach napędów bezpośrednich
niskich częstotliwości
Kaskadowe przekształtniki wielopoziomowe (MMC) znajdują zastosowanie w przemyśle od 2010 roku, kiedy pierwsza instalacja komercyjna z ich zastosowaniem została uruchomiona. System został użyty w systemie przesyłu mocy HVDC - Trans Bay, USA. Instalacja ta potwierdziła możliwość zastosowania systemów MMC w obszarach wysokich napięć i mocy. W dniu dzisiejszym badane jest zastosowanie przekształtni-ków kaskadowych w sieciach średniego napięcia stałego (MVDC), napędach bezpośrednich niskich oraz wysokich częstotliwości, oraz w obszarach odnawialnych źródeł energii. Ich zalety to niezawodność, mały rozmiar całego systemu (zewnętrzne filtry nie są wymagane) oraz wysoka sprawność wynikająca z niskiej częstotliwości przełączeń poszczególnych modułów. W pracy zaproponowany został nowy rodzaj topologii przekształtnika - Hex-Y. Przekształtnik sprzęga dwa obwody trójfazowe. Zbudowana jest z dziewięciu gałęzi podobnie do znanego przekształtnika macierzowego (M3C). Różnicą pomiędzy Hex-Y i M3C jest układ gałęzi w dwóch topologiach. Celem pracy jest zaprezentowanie nowej topologii oraz jej analiza - w szczególności zbadane będzie działanie przekształtnika w obszarze niskich częstotliwości na wyjściu przekształtnika (do 5 Hz). Zaproponowany punkt pracy znajduje się przykładowo w napędach bezpośrednich, walcarkach, czy windach przemysłowych. Topologia zostanie porównana z M3C. Dodatkowo, możliwość dostarczania mocy biernej przez dany obwód zostanie zbadana.
Hex-Y - a modular multilevel converter topology. Feasibility study for
direct-drive low frequency application
Modular Multilevel Cascaded Converters (Cascaded MMC) are found useful since 2010 while first commercial application using that topology in HVDC transmission system has been used. The Trans Bay Cable project, USA proved that MMC converters are capable for high power transfer and has advantages over other technologies. Currently, cascaded MMC are being studied to be used in MVDC grids, direct low and high-speed drives and renewable energy applications. Its advantages as reliability, low footprint (as voltage quality for multiple levels is high), or high efficiency due to low switching frequency. In this Thesis, a new converter topology called Hex-Y has been proposed. Converter with following topology can couple two three-phase circuits. The topology is built with nine arms as well known Matrix Converter, which cascaded MMC version (M3C) was proposed by Erickson and Al-Naseem in 2001. The difference between two converter topologies is a branch arrangement. The goal of the Thesis is to present and analyze a new MMC converter topology and research its behavior, especially in a low output frequency operation point (up to 5Hz). Given operation point is used in applications as rolling, direct drives or power generation from low-speed gearless wind generators. Given topology has been compared with M3C. Additionally, reactive power provision capability has been investigated.
