Gennemgang af topologi og styringsapplikationer for elektroniske mellem-højspændingstransformatorer III

3.3 Fastspændt flerniveautopologi

Flerniveau-topologien med neutralpunktsfastspænding (NPC) vises. Udover den diodefastspændte NPC-topologi omfatter NPC-topologier også flyvende kondensatortyper og hybridfastspændte typer, blandt andre. På grund af det store kondensatorvolumen bruger NPC-topologier dog stadig for det meste passive eller aktive skifteenheder til fastspænding. Med den diodefastspændte flerniveau-topologi som eksempel består hvert faseben i en trefaset ensrettertrin-topologi af kaskadekoblede skiftetransistorer og fastspændingsdioder, der er forbundet parallelt til en enkelt højspændings-DC-bus. Litteraturen foreslår en enfaset PET-topologi med et ensrettertrin ved hjælp af et fire-niveau diodefastspændt kredsløb. En enkelt højspændings-DC-bus efterfølges af input-serie-output-parallelle DAB'er, som vist. Denne topologi kan udvides til en trefaset struktur, og antallet af spændingsniveauer kan ændres baseret på enhedens modstandsspændingsniveauer og højspændingssidens spændingsniveau. Ligesom MMC-topologien kan NPC-topologien også anvendes i isolationstrinnet, hvor højspændings-DC-bussen forbindes til Isolationstransformator, som vist. Litteraturen anvendte en tre-niveau diodefastspændt NPC-konverter på højspændingssiden af ​​en LLC resonantkonverter og verificerede den på en 166 kW/2 kV ~ 400 V prototype. Litteraturen anvendte et tre-niveau diodefastspændt NPC-kredsløb på en trefaset DAB, hvilket opnåede ideelle DAB-spændings- og strømkarakteristika.

Når NPC-topologien bruges som ensrettertrin, kræver den ikke isolerede DC-busser, hvilket reducerer antallet af isolationstransformere. Desuden er der i trefasede strukturer ingen dobbelt-linjefrekvens spændingsripple på bussen. Men fordi den fastklemte topologi kræver et stort antal fastklemningsenheder, øges antallet af fastklemningsenheder, efterhånden som antallet af niveauer stiger, hvilket gør niveauudvidelse vanskelig og redundans svær at opnå. Med hensyn til kontrol er strømmene, der løber ind i hver buskondensator i NPC-konverteren, forskellige, hvilket fører til ubalance i kondensatorspændingen. For NPC-topologier over tre niveauer er der ingen effektiv spændingsbalanceringsalgoritme. Derudover fører inkonsistente driftstider for kontakter i og uden for armene til ujævn opvarmning, hvilket kun kan løses ved at ændre den overordnede kredsløbstopologi.

De mange vanskeligheder forårsaget af niveauudvidelse betyder, at NPC-topologier kun kan anvendes på mellem-/højspændingsniveauer via serieforbindelse af enheder eller brug af højspændings-SiC-enheder. Ved lavere spændingsniveauer har en tre-niveau NPC imidlertid kun halvdelen af ​​den spændingsmodstand og spændingsbelastning, der er opnået på hver switching-transistor, sammenlignet med en enkelt H-bro-topologi, mens den udsender flere spændingsniveauer, hvilket resulterer i lavere krav til udgangsfiltrering. Den har betydelige anvendelsesfordele som invertertrin på lavspændingssiden af ​​en PET. For eksempel har litteraturen anvendt en tre-niveau diodefastspændt NPC som invertertrin i en PET til at drive en trefasemotor, udføre eksperimentel verifikation og opnå god motordrevydelse og støjydelse.