Arm link enhanced modular multilevel converter for low voltage and variable frequency applications
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Date
2023
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Abstract
El Conversor Multinivel Modular (MMC) ha tomado mucho interés por parte de la investigación y la industria debido a todos sus beneficios. Su modularidad, escalabilidad, calidad de formas de onda y eficiencias han mostrado claras ventajas sobre otras topologías multinivel, y lo hacen ideal para aplicaciones de medio y alto voltaje. Sin embargo, no está exento de desafíos: su gran cantidad de capacitores requiere un control complejo para balancear la energía, además de necesitar un gran espacio debido a las altas capacitancias. Debido a esto, el MMC no es considerado para aplicaciones de bajo voltaje, donde además el gran número de semiconductores no justifican su costo. Este trabajo presenta un análisis más profundo y la validación de una nueva topología propuesta, llamada Arm Link Enhanced MMC (ALE-MMC). Esta extiende el MMC a aplicaciones de bajo voltaje y de frecuencia variable mediante el uso de Dual Active Bridges (DAB) para permitir el flujo de potencia entre submódulos (SM) de una misma pierna. Se presenta la nueva topología y se estudia su operación considerando la supresión de la corriente circulante, mostrando que no se necesita emplear medición de voltaje para funcionar adecuadamente y la capacitancia del SM puede ser reducida. A continuación, se estudian todos los problemas a considerar debido a la implementación del DAB entre SMs. Se hace énfasis en la corriente que debe manejar y en los efectos de la frecuencia variable en la topología, con y sin control de corriente circulante. Para validar el esquema propuesto y el análisis teórico desarrollado, se simula el ALE-MMC trifásico para probar el correcto funcionamiento, evaluando su comportamiento ante distintos escenarios y comparando con el esquema propuesto. Seguido, se emplea un prototipo experimental del ALE-MMC monofásico para validar su operación en la práctica, también ante distintos escenarios para poder confirmar en análisis hecho. Finalmente, se comentan los resultados además de proponer mejoras para futuros trabajos con el conversor.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2023.
Keywords
Conversor Multinivel Modular, Dual Active Bridge, Drives de bajo voltaje y frecuencia variable, Supresión de corriente circulante