CC BY
9
Power Balanced Adjustment of Quad-Inverter Installation with Modified
Discontinuous PWM
Oleschuk V., Ermuratskii V.
Institute of Power Engineering of Moldova Kishinau, Republic of Moldova
Abstract. Purpose of this work is in the development and modification of control scheme and of basic algorithms of discontinuous space-vector modulation for synchronous and balanced regulation of multi-inverter topology of six-phase open-end winding installation with four insulated dc sources. This purpose has been achieved due to including in the control and modulation scheme of specialized control correlations connecting coefficients of modulation of inverters, required power ratio between dc-links, and voltages of the corresponding dc sources. So, basic novelty of this research is in the fact, that the elaborated and investigated control and modulation algorithms for installation on the base of inverters with discontinuous space-vector modulation (with both 300-non-switching intervals and 600-non-switching intervals) insure both required power sharing capability between dc links and advanced harmonic composition (without even harmonics and subharmonics) of spectra of the phase and line voltages of six-phase installation. Mutual comparison of behavior of system with two basic schemes of modified discontinuous pulsewidth modulation (PWM) has been executed. Investigation of harmonic composition of the phase voltage of multi-inverter system illustrates an important fact, that for the all analyzed control modes, connected with balanced adjustment of drive under different conditions, phase voltage of installation has symmetry for any control regimes, including control modes with fractional frequency ratios between switching frequency of converters and fundamental frequency of installation, with absence in its spectra of undesirable subharmonics. Factor of minimization of subhar-monics in spectra of voltage and current of ac drives of different topologies is especially important for the medium-voltage medium-power installations on the basis of PWM converters. Keywords: voltage source inverter, induction motor, modulation strategy, voltage spectra, integral harmonic composition. DOI: 10.5281/zenodo.3239206
Reglarea sincrona echilibrata a instalatiei cu patru invertoare cu algoritmi PWM intermitenti modificati
Olesciuk V., Ermuratschi V.
Institutul de Energeticâ al Republicii Moldova, Chisinâu, Republica Moldova Rezumat. Scopul acestei lucrâri este de a modifica schéma de comandâ, precum si algoritmii de bazâ de modulare vector intermitent pentru reglarea multiinvertor sincronâ çi balansatâ (cu patru surse de alimentare independente) având sase topologia actionârii electrice cu çase faze cu înfâsurâri deschise ale motorului asincron. A fost realizatâ modificarea corespunzâtoare a circuitului de bazâ de modulare intermitentâ (datoritâ includerii în circuit a parametrilor si variabilelor suplimentare) pentru douâ versiuni de modulare vectorialâ intermitentâ a duratei impulsului (PWM), cu intervale de 30 si 60 de grade neconductive a cheilor electronice a invertoarelor sistemului asigurând atât echilibrul de putere necesar între sursele de alimentare, cât si simetria continuâ a formelor tensiunii de iesire ale ambelor invertoare individuale si ale tensiunilor de fazâ si de linie ale sistemului cu sase faze. În acelasi timp, asigurarea echilibrului energetic necesar între sursele de alimentare se realizeazâ pe baza dependentelor functionale specializate care conecteazâ factorii de modulatie ai invertoarelor individuale cu amplitudinile tensiunilor de alimentare. A fost efectuatâ o analizâ comparativâ a compozitiei spectrale a tensiunilor de bazâ în sistem cu douâ tipuri de modulatie intermitentâ prin duratâ de impuls. Rezultatele cercetârii compozitiei armonice a tensiunilor din sistemul analizat cu multe invertoare a au confirmat faptul, câ pentru toate regimurile de funcionare a sistemului de convertizare cu sase faze, formele de bazâ a tensiunii posedâ un sfert de simetrie, inclusiv pentru regimurile de control cu raportul fractionar între frecventa de lucru a cheilor electronice a si frecventa de iesire a sistemului, dar si în zona de frecvente mari de iesire (în zona de supra-modulare).
Cuvinte-cheie: invertor de tensiune, motor electric asincron, strategie de control si modulare, compozitie spectralâ de tensiune.
© B. Oœ^yK, B.
EpMypaTCKHH, 2019
Сбалансированное синхронное регулирование четырехинверторной установки с модифицированными алгоритмами прерывистой ШИМ Олещук В.И., Ермуратский В.В.
Институт энергетики Молдовы, Кишинев, Республика Молдова Аннотация. Целью данной работы является модификация базовых алгоритмов управления и прерывистой синхронной модуляции векторного типа для синхронного и сбалансированного регулирования мно-гоинверторной (с четырьмя автономными источниками питания) топологии системы шестифазного электропривода с разомкнутыми обмотками асинхронного электродвигателя. Данная цель - сбалансированное регулирование системы (обеспечение требуемого баланса мощностей между источниками электропитания) - достигается за счет включения в схему управления и модуляции специализированных функциональных зависимостей, связывающих коэффициенты модуляции отдельных инверторов с амплитудами напряжений источников питания. Новизна исследования состоит в том, что разработанные законы и алгоритмы управления и синхронной прерывистой модуляции с 30-градусными и 60-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей инверторов обеспечивают как требуемый баланс мощностей между источниками питания, так и непрерывную симметрию форм выходного напряжения, как отдельных инверторов, так и фазного и линейного напряжений шестифазной системы, при любых условиях функционирования. Выполнено моделирование процессов в системе с четырьмя базовыми режимами работы, проведен сопоставительный анализ спектрального состава фазовых напряжений в системе. Результаты исследования гармонического состава напряжений в анализируемой многоинверторной системе подтвердили тот факт, что для всех анализируемых режимов работы шестифазной преобразовательной системы кривые фазового напряжения обладают четвертьволновой симметрией (в спектрах напряжения при этом отсутствуют четные гармоники и субгармоники), в том числе при режимах управления с дробным соотношением между частотой коммутации вентилей инверторов и выходной частотой системы, что является особенно важным для систем электропривода средней и большой мощности. Для многоинвер-торных преобразовательных систем повышенной мощности одной из важных проблем является обеспечение синхронного функционирования всех инверторов системы, с реализацией при этом симметричных форм фазного линейного напряжений на всем диапазоне регулирования.
Ключевые слова: инвертор напряжения, асинхронный электродвигатель, стратегия управления и модуляции, спектральный состав напряжения.
ВВЕДЕНИЕ
Энергосберегающие системы и установки регулируемого (автоматизированного) электропривода переменного тока на базе силовых преобразователей параметров электрической энергии являются одними из наиболее используемых электротехнических устройств в промышленности, в коммунальном хозяйстве, и в электрифицированном транспорте.
Основные технические характеристики систем электропривода, регулируемых на базе силовых преобразователей, в значительной степени зависят как от используемых в преобразователях для электропривода принципов управления, так и от схем и алгоритмов ши-ротно-импульсной модуляции (ШИМ), применяемых в системах. Модификация базовых методов и способов импульсной модуляции для новых перспективных топологий преобразовательных систем для регулируемого электропривода является поэтому актуальной задачей в области силовой электроники [1-5].
Многофазные и многоинверторные преобразовательные системы привлекают в последнее время все больше внимания со стороны исследователей и разработчиков. Одной
из перспективных топологий преобразовательных систем для электропривода средней и повышенной мощности является при этом многоинверторная шестифазная преобразовательная система с несколькими автономными источниками электропитания постоянного тока, в которой выходы отдельных инверторов подключены к разомкнутым статорным обмоткам шестифазного электродвигателя [610]. Преобразователи для систем регулируемого электропривода средней и большой мощности характеризуются относительно низкими частотами переключения силовых вентилей. Для многоинверторных преобразовательных систем повышенной мощности одной из важных проблем является обеспечение синхронного функционирования всех инверторов системы, с реализацией при этом симметричных форм фазного линейного напряжений на всем диапазоне регулиро-вания. Также, для систем с несколькими автономными источниками питания необхо-димо обеспечить требуемое распределение мощностей между отдельными источниками.
Стандартные схемы векторной модуляции, являющейся одним из популярных видов
модуляции для систем регулируемого электропривода, характеризуются асинхронным характером модуляционных процессов в системах, что приводит к асимметричным формам выходного напряжения инверторов, с появлением в спектрах выходных напряжений нежелательных субгармоник (основной частоты) [11-12]. Для коррекции гармонического состава напряжений и токов в системах на базе инверторов напряжения с пониженными частотами коммутации силовых ключей, разработаны алгоритмы синхронной векторной модуляции, базирующиеся на стандартной методике расчета параметров управляющих сигналов [13-15]. Вместе с тем, стандартные способы и схемы синхронной векторной модуляции в большинстве своем не позволяют обеспечить эффективную синхронизацию напряжений в преобразовательных системах в случае нестандартных или дробных соотношений между частотой переключения силовых ключей и выходной частотой системы.
С целью преодоления вышеупомянутых недостатков стандартных способов синхронной модуляции, разработаны более универсальные схемы и алгоритмы синхронной векторной модуляции
применительно к преобразователям для электропривода переменного тока, а также к фотопреобразовательным системам [16-20].
В связи с этим целью данной работы является модификация базовых алгоритмов управления и модуляции для обеспечения на всем диапазоне управления синхронного и требуемого сбалансированного (применительно к автономным источникам питания) регулирования многоинверторной системы шестифазного электропривода с
разомкнутыми обмотками асинхронного электродвигателя.
I. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НА БАЗЕ ЧЕТЫРЁХ ИНВЕРТОРОВ
Одной из перспективных топологий преобразовательных систем для
регулируемого электропривода повышенной мощности является приведенная на рис. 1 система шестифазного электропривода с разомкнутыми обмотками асимметричного асинхронного электродвигателя, содержащая два комплекта обмоток, пространственно
сдвинутых на 30 электрических градусов одна относительно другой. В систему электропитания двигателя при этом входят четыре источника постоянного тока и четыре инвертора напряжения (INV1 - INV4) [6-8].
Фазовые напряжения Vas и Vxs первой и второй инверторных групп системы с четырьмя источниками питания (рис. 1) определяются в соответствии с (1)-(4) [9].
Vol = l/3(Val + Vbi + Vci + Va2 + Vtó + (1)
Vas = Val + Va2 - Vol (2)
Vo2 = l/3(Vxi + Vyi + Vzi + Vx2 + Vy2 + Vz2) (3)
Vxs = Vxl + Vx2 - Vo2 (4)
где Val,Vèl,VcbVa2,Vè2,Vc2 и
Vxl,Vyi,Vzi,Vx2,Vy2,Vz2 - соответствующие полярные напряжения каждой инверторной секции, Voi и Vo2 - соответствующие напряжения нулевой последовательности первой и второй инверторных групп.
II. СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА СИНХРОННОЙ ВЕКТОРНОЙ
МОДУЛЯЦИИ
Базовые свойства и особенности методологии синхронной векторной модуляции описаны в обзорной публикации [19]. При этом подчеркивается, что алгоритмы синхронной векторной широтно-импульсной модуляции позволяют обеспечить на всем диапазоне управления и регулирования симметрию форм фазного и линейного напряжения как трехфазных, так и многофазных, многоинверторных, и каскадных преобразовательных систем при различных законах управления и регулирования [19].
III. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМОГО
БАЛАНСА МОЩНОСТЕЙ МЕЖДУ
ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
В случае неодинаковых амплитуд напряжений источников постоянного тока анализируемой четырехинверторной системы
если Vdcl * Vdc2 , и Vdc3 * Vdc4 , а Vdcl = Vdc3
U1
oo
INV1
vA
Ф 01 LrJ al H 1 X } J 5
bl-i J{ } jj i A-
U'l = JC «2 = Jtj INV2 3 Л Ъ2 я
? } Js 3
j3-axis
INV3
i г * X i X f „ xl II 0 ± Mi
Hj\* [4-i'''' i £ f yl Г *
Jl i ** ш INV4 У i y2 xf „ }L T
i r * Г ^
4 §
CO
r и
r и и
¡я
s
H
о
о о
ъ
t и
-й-
к>
к» о
Рис. 1. Шестифазный электропривод с разомкнутыми обмотками асимметричного асинхронного электродвигателя, и с двумя инверторными секциями по два инвертора в каждой (INV1+INV2, питающиеся от источников Vaci и К/с2, и INV3+INV4, питающиеся от источников Kid и К/ы). Fig. 1. Six-phase system with open-end winding of induction motor with two inverter sections (INV1+INV2 supplied by К/с/ and VdC2', INV3+INV4, supplied by
Vdc3 И vdc4).
и = , для обеспечения эквивалентности амплитуд выходного напряжения (а также соответствующего баланса мощностей) двух инверторов каждой инверторной группы в процессе скалярного регулирования системы по закону У/Р=сот(, необходимо обеспечить нижеследующие функциональные зависимости между коэффициентами модуляции инверторов Ш}, Ш2, тз, и Ш4, и амплитудами напряжений соответствующих источников питания:
т\¥с1с\ = т2¥с1с2
т3¥с1с3 = т4^с4
(5)
(6)
Для шестифазной преобразовательной системы на базе четырёх инверторов с синхронной векторной ШИМ, питающихся от четырех источников постоянного тока с разными питающими напряжениями, для осуществления требуемого распределения мощностей Р1/Р2 и Р3/Р4 между четырьмя источниками двух инверторных секций необходимо обеспечить реализацию соотношений (7)-(8), связывающих между собой амплитуды напряжений источников постоянного тока, коэффициенты модуляции четырех инверторов, а также требуемое распределение мощностей между источниками:
т1^с1 т2Уйс2
т3^с3 т^йс4
Р_
Р
р1 Р
(7)
(8)
Также, для анализируемой системы с расщепленными обмотками шестифазного электродвигателя необходимо обеспечить равное распределение мощностей между двумя инверторными группами:
Р1 + Р = Р + Р
г2
3
Р4
(9)
Таким образом, с учетом соотношений (7)-(8), для сбалансированного регулирования шестифазной системы с разомкнутыми обмотками асинхронного электродвигателя на всем диапазоне регулирования
необходимо обеспечить выполнение функционального соотношения (10):
т1^с1Р2 + т1¥с1с1Р1 = т3¥с1с3Р4 + т4¥с1с4Р3 ,(10)
где относительные мощности каждого инвертора Р1-Р4 (и каждого соответствующего источника питания) выражаются как относительные величины общей (суммарной) мощности шестифазной установки.
IV. СБАЛАНСИРОВАННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ШЕСТИФАЗНОЙ
СИСТЕМЫ С СИНХРОННОЙ ШИМ
Четыре базовых режима регулирования и управления были выбраны для сопоставительного анализа работы сбалансированной шестифазной системы на базе четырёх инверторов (Таблица 1, Режимы 1-4). При этом анализировались режимы работы устройства с двумя разновидностями прерывистой синхронной модуляции: а) прерывистая модуляция с 30-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей (DPWM30), и б) прерывистая модуляция с 60-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей (DPWM60) [19-20].
Принято также, что для инвертора ЩУ4 (рис. 1) питающее напряжение имеет максимальную относительную величину У&4=1, а относительные величины напряжения других источников равны или меньше напряжения Ус4. Коэффициенты модуляции инверторов т1-т4, обеспечивающие требуемый баланс мощностей в системе, определяются при этом в соответствии с (7)-(10).
В частности, известно, что для большинства преобразовательных устройств для регулируемого электропривода переменного тока алгоритмы прерывистой модуляции обеспечивают (при равенстве средней частоты коммутации вентилей инверторов) лучший спектральный состав выходного напряжения инверторов в зоне повышенных выходных частот, а при пониженных значениях выходных частот (и при пониженных значениях коэффициентов модуляции инверторов) лучшие спектральные характеристики выходного напряжения инверторов обеспечиваются при использовании схем и алгоритмов непрерывной векторной широтно-импульсной модуляции [9,19].
Таблица 1
Базовые режимы функционирования шестифазной сбалансированной системы
Table 1
Basic control regimes of balanced six-phase installation
Режим Regime Р1 Р2 Р3 Р4 Vc m INV1 INV2 INV3 INV4
1 0.25 0.25 0.25 0.25 Vdc m 1 0.7 1 0.7 1 0.7 1 0.7
2 0.25 0.25 0.2 0.3 Vdc m 1 0.7 1 0.7 1 0.56 1 0.84
3 0.22 0.28 0.18 0.32 Vdc m 1 0.62 1 0.78 1 0.5 1 0.9
4 0.23 0.27 0.24 0.26 Vdc m 0.75 0.93 0.9 0.78 0.8 0.87 1 0.7
базе четырех при помощи синхронной обеспечения
Принято, что для всех анализируемых режимов работы выходная частота системы равна F=35Гц, при этом средняя частота коммутации силовых ключей (вентилей) всех инверторов установки равна 1КГц.
На рис. 2 - рис. 13 представлены результаты моделирования процессов в шестифазной системе на инверторов, регулируемых алгоритмов прерывистой модуляции при условии требуемого баланса мощностей между автономными источниками электропитания (Режим 1, а также Режимы 3-4 из Таблицы 1).
В частности, на рис. 2 - рис. 13 представлены (в относительных величинах) формы базовых напряжений в системе (рис. 1) на периоде выходной частоты, а также спектральные характеристики фазовых (Vas и Vxs) и линейных (Va1b1, Va2b2, Vx1y1, Vx2y2) напряжений.
Анализ представленных на рис. 2-13 кривых базовых напряжений и их спектрограмм подтверждает факт
синхронизации напряжений и минимизации величины субгармоник в сбалансированной шестифазной системе с двумя версиями прерывистой синхронной модуляции при различных режимах функционирования.
Рис. 2. Базовые напряжения в системе (Режим 1, DPWM30, Pi=P2=Ps=P4=0.25, Vdci=Vdc2= Vdc3=Vdc4=1, mi=m2=m3=m4=0.7). Fig. 2. Basic voltages of six-phase installation (Regime 1, DPWM30, Pi=P2=Ps=P4=0.25, Vdci=Vdc2 = Vdc3=Vdc4=1, mi=m2=m3=m4=0.7).
Spectrum of Vas and Vxs
0.8 0.6 0.4 0.2 О
1
лл лл Ал---л. „ ЛЛ УЛ.
20 40 60 80
Order of voltage harmonies
Рис.3. Спектр напряжений (Режим 1,DPWM30). Fig. 3. Voltage spectrum (Regime 1, DPWM30).
о.6
0.5 § 0.4
^ о.з 0.2 0.1 О
I j
Ц ii h .
lA IVl л. лл Лл л m à M
20 ао SO 80
Order of voltage harmonics
Рис.4. Спектр напряжений (Режим 1,DPWM30). Fig.4. Voltage spectrum(Regime 1, DPWM30).
0.01 0.015 time (s)
Рис. 5. Базовые напряжения в системе (Режим 1, DPWM60, Pi=P2=P3=P4=0.25, Vdci=Vdc2= Vdc3=Vdc4=1, mi=m2=m3=m4=0.7). Fig. 5. Basic voltages of installation (Regime 1, DPWM60, Pi=P2=Ps=P4=0.25, Vdci=Vdc2= Vdc3=Vdc4=1, mi=m2=m3=m4=0.7).
Spectrum of Vas and Vxs
. — _ Лл ь m .. «. .л . лЛ m Лл j\
20 40 60 ВО
Order of voltage harmonics
1СЮ
О. т ? Об <3 о.5
"О
тТ о.л
о
Ig О.З il
13 0.2
"О
V 0.1
>
О
Spectrum of Уа1 Ы ,Va2b2,Vx1 y1 ,Vx2y2
il J I Ii л-
I -- . лл IVl i La ллл.. JUIL Л
О 20 АО 60 80 10
Order of voltage harmonics
Рис. 6. Спектры напряжений (Режим 1, DPWM60). Fig. 6. Voltage spectra (Regime 1, DPWM60).
Рис. 7. Базовые напряжения в системе (Режим 3, DPWM30, Pi=0.22, P2=0.28, Рз=0.18, P4=0.32, Vdci=Vdc2=Vdc3=Vdc4=1, mi=0.62, m2=0.78, m3=0.50, m4=0.90).
Fig. 7. Basic voltages of installation (Regime 3, DPWM30, Pi=0.22, Р2=0.28, Р3=0.18, Р4=0.32, Vdci=Vdc2=Vdc3=Vdc4=1, mi=0.62, m2=0.78, m3=0.50, m4=0.90).
Spectrum of Vas
0.8 0.6 О.A 0.2
|
лл лл Лд .. . л. .ЛЛ к к
20 АО SO 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Va1 Ы
I I
I., Д Л А
Лл.. m Лл IÏI л. лл Лл Л км
20 40 60 80
Order of voltage harmonics
100
Рис. 8. Спектры напряжений (Режим 3, DPWM30).
Fig. 8. Voltage spectra (Regime 3, DPWM30).
0.8 0.6 0.4 0.2 О
Spectrum of Vxs
.. M лЛ Ал л лл .. Лл Л. лЛл
0.6
0.5
О 4
о
> 0.3
ч'
0.2
0.1
0
О 20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vx1y1
L I I,
M J J лл А Л Лл „ II L JIIL
1.2 1
0.8
о -a ^ 0.6
4" >
0.4 0.2 0
О 20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vx2y2
- lAfo.. ... лЛ л. лЛ л.
20 40 60 80
Order of voltage harmonics
100
Рис. 9. Спектры напряжений (Режим 3, DPWM30).
Fig. 9. Voltage spectra (Regime 3, DPWM30).
Рис. 10. Базовые напряжения в системе (Режим 3, DPWM60, Pi=0.22, P2=0.28, Рз=0.18, P4=0.32, Vdci=Vdc2=Vdc3=Vdc4=1, mi=0.62, m2=0.78, m3=0.50, m4=0.90).
Fig. 10. Basic voltages of installation (Regime 3, DPWM60, Pi=0.22, Р2=0.28, Рз=0.18, Р4=0.32, Vdci=Vdc2=Vdc3=Vdc4=1, mi=0.62, m2=0.78, m3=0.50, m4=0.90).
0.8
0.4
0.2
Spectrum of Vas
Лл Лл ЛЛ .л . лЛ м LA
0.8
0.6
0.4
0.2
0.7 § 0.6
"О
"ГГ о.4 о.з 0.2 0.1 о
СЧ1
0.6 0.5 0.4 О.З 0.2 0.1
0
1.2
1
о.8 0.6 0.4 0.2
20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vxs
100
„ . Лл Лл лЛ лл Лл .л л Лл лЛ
20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Va1 Ы
100
il I 1
ЛЛ -л IIII А II лЛллЛ .. ЛлЛИ Л
О 20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vx1y1
100
il , ji
-JM 1 Лл Лл M , J л. IL лЛ
О 20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vx2y2
100
лк /L Л л.
20 40 60 BO
Order of voltage harmonics
ЮО
Рис. 11. Спектры напряжений (Режим 3, DPWM60).
Fig. 11. Voltage spectra (Regime 3, DPWM60).
Рис. 12. Базовые напряжения в системе (Режим 4, DPWM30, Pi=0.23, Р2=0.27, Рз=0.24, Р4=0.26, Vdc1=0. 75Vdc4, Vdc2=0.9 Vdc4, Vdc3=0.8 Vdc4, Vdc4=1,
mi=0.93, m2=0.78, шз=0.87, m4=0.7). Fig. 12. Basic voltages of installation (Regime 4, Pi=0.23, Р2=0.27, Рз=0.24, Р=0.26, Vdci=0.75Vdc4, Vdc2=0.9 Vdc4, Vdc3=0.8 Vdc4, Vdc4=1, mi=0.93, m2=0.78, шз=0.87, m4=0.7).
1
0.8 O.S
Spectrum of Vxs
!.. .. . .л M лЛ -Л M . лл лЛ Лл лЛ л.
0.5 0.4 О.З 0.2 O.I
о
О 20 40 60 во
Order of voltage harmonics
Spectrum of Vx1y1
Il il
M lui M Лл . L
20 40 60 80
Order of voltage harmonics
Рис. 14. Спектры напряжений (Режим 4, DPWM30).
Fig. 14. Voltage spectra (Regime 4, DPWM30).
На рис. 15 представлены результаты расчета взвешенного коэффициента искажений (Weighted Total Harmonic Distortion factor
1000
( WTHD = (1/Vah)(2(VaSk /к)2)05 )) фазового
к=2
напряжения Vas в функции коэффициента модуляции m0=F/Fm применительно к Режиму 3 (Regime 3) функционирования шестифазной системы с двумя разновидностями прерывистой синхронной модуляции (DPWM30 и DPWM60). Средняя частота переключения вентилей инверторов принята равной 1кГц.
Рис. 13. Спектры напряжений (Режим 4, DPWM30).
Fig. 13. Voltage spectra (Regime 4, DPWM30).
Рис. 15. Взвешенный коэффициент искажения WTHD фазового напряжения Vas системы в функции коэффициента модуляции то. Fig. 15. WTHD factor versus modulation index то.
Приведенные на рис. 15 результаты определения взвешенного коэффициента искажения фазового напряжения показывают, что, в частности, для Режима 3 работы шестифаз-ной системы, в зоне пониженных выходных частот (в зоне низких значений величины коэффициента модуляции) лучшие интегральные спектральные характеристика фазового напряжения обеспечиваются при использовании алгоритмов прерывистой модуляции с 30-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей инверторов (DPWM30).
Соответственно, в зоне повышенных выходных частот улучшенные значения величины искажения фазового напряжения обеспечиваются при использовании схемы прерывистой модуляции с 60-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей инверторов (DPWM60).
Заключение
Специализированные схемы управления и прерывистой синхронной модуляции, разработанные для сбалансированного регулирования шестифазной преобразовательной системы на базе четырех трехфазных инверторов, питающихся от автономных источников, позволяют обеспечить как непрерывную синхронизацию кривых фазного и линейного напряжений, так и требуемое распределение мощностей между источниками постоянного тока. Обеспечение требуемого баланса мощностей в системе осуществляется на базе функциональных соотношений, связывающих коэффициенты модуляции отдельных инверторов с амплитудами питающего напряжения соответствующих источников постоянного тока.
Разработанные алгоритмы управления и модуляции обеспечивают при этом сбалансированное синхронное регулирование шестифазной системы как при одинаковой для всех инверторов величине питающего напряжения (Режим 1), так и при разных амплитудах питающих напряжений (Режим
4).
Представленные на рис. 3, 4, 6, 8, 9, 11, 13 и 14 спектрограммы базовых форм напряжения в анализируемой
многоинверторной системе подтверждают тот факт, что при всех режимах управления и модуляции кривые фазового и линейного напряжений характеризуются
четвертьволновой симметрией, и в их спектрах отсутствуют четные гармоники, а
также крайне нежелательные субгармоники (выходной частоты). Последний фактор является особенно важным для систем регулируемого электропривода средней и повышенной мощности на базе инверторов с относительно низкими частотами
переключения силовых ключей.
Литература (References)
[1] Bose B.K. Modern Power Electronics and AC Drives. Prentice Hall, Upper Saddle River, 2002. 724 p.
[2] Holmes D.G., Lipo T. Pulse Width Modulation for Power Converters. Principles and Practice. IEEE Press, 2003. 628 p.
[3] Bose B.K. Power electronics, smart grid, and renewable energy systems. Proceedings of the IEEE, 2017, vol. 105, no. 11, pp. 2011-2018.
[4] Levi E. Advances in converter control and innovative exploitation of additional degrees of freedom for multiphase machines. IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, vol. 63, no. 1, pp. 433-448.
[5] Barrero F., Duran M. Recent advances in the design, modeling, and control of multiphase machines—Part I. IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, vol. 63, no. 1, pp. 449-458.
[6] Grandi G., Tani A., Sanjeevikumar P., Ostojic D. Multi-phase multi-level AC motor drive based on four three-phase two-level inverters. Proc. of IEEE Int'l Symp. on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM'2010), 2010, pp. 1768-1775.
[7] Oleschuk V., Grandi G., Sanjeevikumar P. Simulation of processes in dual three-phase system on the base of four inverters with synchronized modulation. Advances in Power Electronics, 2011, vol. 2011, pp. 1-9.
[8] Grandi G., Sanjeevkumar P., Casadei D. Preliminary hardware implementation of a six-phase quad-inverter induction motor drive. Proc. of European Power Electronics Conf. (EPE'2011), 2011, pp. 1-9.
[9] Oleschuk V., Ermuratskii V., Barrero F. Modified algorithms of synchronized PWM for six-phase traction drive with two dc-sources. Proc. of IEEE Int'l Vehicle Power and Propulsion Conf (VPPC'2014), 2014, pp. 1-6.
[10] Sanjeevikumar P., Blaabjerg F., Wheeler P.W., Ojo J.O. Three-phase multilevel inverter configuration for open-winding high power application. Proc. of IEEE Symp. on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG'2015), 2015, pp. 1-6.
[11] Mohan N., Undeland T. M., Robbins W. P. Power Electronics, 3rd ed. John Wiley & Sons, 2003. 656 p.
[12] Narayanan G., Ranganathan V.T. Extension of operation of space vector PWM strategies with low switching frequencies using different
overmodulation algorithm. IEEE Trans. Power [17] Electron., 2002, vol. 17, no. 3, pp. 788-798.
[13] Beig A.R., Narayanan G., Ranganathan V.T. Modified SVPWM algorithm for three level VSI with synchronized and symmetrical waveforms.
IEEE Trans. Ind. Electron., 2007, vol. 54, no. 1, [18] pp. 486-494.
[14] Rathore A.K., Holtz J., Boller T. Synchronous optimal pulsewidth modulation for low-switching-frequency control of medium-voltage multilevel inverters. IEEE Trans. Ind. Electron.,
2010, vol. 57, no. 7, pp. 2374 -2381. [19]
[15] Wei Chen, Haiwei Sun, Xin Gu, Changliang Xia. Synchronized space vector PWM for three level VSI with lower harmonic distortion and switching frequency. IEEE Trans. Power Electron., 2016, vol. 31, no. 9, pp. 6428-6441. [20]
[16] Oleschuk V., Profumo F., Griva G., Bojoi R., Stankovic A.M. Analysis and comparison of basic schemes of synchronized PWM for dual inverter-fed drives. Proc. of IEEE Int'l Symp. on Ind. Electron. (ISIE'2006), 2006, pp.2455-2461.
Oleschuk V., Griva G. Simulation of processes in synchronized cascaded inverters for photovoltaic application. International Review of Electrical Engineering, 2009, vol. 4, no. 5, pp. 975-982.
Oleschuk V., Sizov A., Bose B.K., Stankovic A.M. Phase-shift-based synchronous modulation of dual inverters for an open-end winding motor drive with elimination of zero sequence currents. Proc. of IEEE Power Electronics and Drive Systems Conf. (PEDS'2005), 2005, pp. 325-330. Oleschuk V., Barrero F. Standard and nonstandard approaches for voltage synchronization of drive inverters with space-vector PWM: A survey. International Review of Electrical Engineering, 2014, vol. 9, no. 4, pp. 688-707. Oleschuk V., Ermuratskii V., Berzan V. Multilevel converters and drives with space-vector modulation and voltage waveform symmetries. Proc. of IEEE Int'l Conf. on Applied and Theoretical Electricity (ICATE'2014), 2014, pp. 1-6.
Сведения об авторах.
Олещук Валентин Игоревич.
Доктор (хабилитат) техн. наук, главный научный сотрудник Института
энергетики Молдовы.
Область научных интересов: стратегии управления и модуляции для силовых преобразователей параметров электрической энергии, для регулируемого электропривода, и для систем возобновляемой энергетики. E-mail:
Ермуратский Владимир Васильевич. Доктор
(хабилитат) техн. наук, главный научный сотрудник
Института
Молдовы,
интересов:
источники
солнечная
силовые
энергетики Область научных возобновляемые
энергии, энерге-тика, преобразова-тели, электрические конден-
саторы, энергетическая
эффективность, тепло -
энергетика, теплотехника. E-mail:
