Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Thesis proposes a Space Vector Modulation for cascaded miltilevel converters with
asymmetric cells under normal conditions and with faults in the power cells, avoiding
converter saturation as much as possible. The switching state vectors and the voltage
references are represented in the output line-to-line voltages coordinate system. Under
this representation, the switching state vectors have only integer entries, easing the implementation
of the proposed algorithm. The modulation is developed in a way such as
to guarantee that the higher voltage cells switch at low frequency by the choice of only
one vector per switching period, minimizing the switching losses. For the lower voltage
cells (1pu), that switch with PWM, three algorithms were developed for defining the switching
sequences: (i) offline, (ii) online and (iii) hybrid, where a carrier-based geometrical
modulation and the SV are mixed in a simple and unified approach. The algorithm is
described in a generic way, for converters with any number of levels, and then, simulation
and experimental results are shown for, respectively, cascaded miltilevel converters with
asymmetric cells with DC bus voltages ratio of 1:2:4pu and 1:2pu. The algorithm does
not use conventional separation lines to find where the multiple references for the power
cells are located inside the SV diagram. It also avoids converter saturation and, when it is
unavoidable, detects its occurrence and changes the operation mode to overmodulation.
This one is treated as a modification of the orignal algorithm, allowing the converter to
operate with a wider range of modulation indexes and fault conditions. It is shown that
two overmodulation modes can occur: in the first, there is still an area inside the SV diagram
where overmodulation is avoided, and, in the second, the converter overmodulates
during almost all the time. Modulation strategies are proposed for both cases, including
the insertion of a bandpass filter in the second case, so as to minimize the distortions and
unbalances that arise on the converter output line-to-line voltages during this operation
mode. For the overmodulation, simulation and experimental results are also shown for
cascaded miltilevel converters with asymmetric cells with DC bus voltages ratio of 1:2:4pu
and 1:2pu. Finally, the final conclusions are drawn and future works are proposed. / Esta Tese propõe uma estratégia de modulação Space Vector (SV) para conversores
multiníveis com células assimétricas em cascata durante operação normal e com faltas nas
células de potência, garantindo a não ocorrência de saturação do conversor sempre que esta
não for desejada, especialmente durante faltas. Os vetores de comutação e as referências de
tensão são representados no sistema de coordenadas das tensões de linha de saída. Desta
forma, os vetores de comutação apresentam apenas coordenadas inteiras, facilitando a
implementação do algoritmo proposto. A modulação é desenvolvida de forma a garantir
que as células de maior tensão comutem em baixa frequência, pela escolha de apenas
um vetor por período de comutação, minimizando as perdas de comutação do conversor.
Para as células de menor tensão (1pu), que comutam com PWM, foram desenvolvidos três
algoritmos para definição das sequências de comutação: definição (i) offline, (ii) online e
(iii) híbrida, onde as modulações geométrica com portadora e SV são mescladas em uma
abordagem única e simplificada. O algoritmo SV é descrito de maneira genérica, para
conversores com qualquer número de níveis, e, na sequência, são apresentados resultados
de simulação e experimentais para, respectivamente, conversores multiníveis com células
assimétricas em cascata com razão das tensões dos barramentos CC de 1:2:4pu e 1:2pu.
Este algoritmo não faz uso de retas de separação convencionais para encontrar os domínios
onde as múltiplas referências para as células de potência se encontram dentro do diagrama
SV. Também evita ao máximo a saturação do conversor, e, quando esta é inevitável,
detecta sua ocorrência e muda o modo de operação para sobremodulação. Esta é tratada
por meio de modificações no algoritmo original, permitindo a operação do conversor com
um maior número de índices de modulação e condições de falta. É mostrado que existem
dois casos de sobremodulação durante faltas nas células de potência: no primeiro, ainda há
uma área no interior do diagrama SV onde a sobremodulação é evitada, e, no segundo, o
conversor sobremodula durante praticamente todo o tempo. São propostas estratégias de
modulação para ambos os casos, incluindo a inserção de um filtro passa-faixa no segundo,
para minimizar as distorções e os desequilíbrios que surgem nas tensões de linha de saída
do conversor, quando este se encontra neste modo de operação. Para a sobremodulação,
também são apresentados resultados de simulação e experimentais para os conversores
multiníveis com células assimétricas em cascata com razão das tensões dos barramentos
CC de 1:2:4pu e 1:2pu. Por fim, as conclusões finais são apresentadas e são propostos
trabalhos futuros.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3694 |
| Date | 09 October 2015 |
| Creators | Carnielutti, Fernanda de Morais |
| Contributors | Pinheiro, Humberto, Rech, Cassiano, Pinheiro, José Renes, Grigoletto, Felipe Bovolini, Heldwein, Marcelo Lobo, Massing, Jorge Rodrigo |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 8aab6aac-f16b-4f23-8761-b8462475f027, 9a8b3253-7f18-40c9-a4ca-030f1ebee161, 0eff1f5c-63dc-4c86-a76c-a1128768b344, d18bd681-bab1-42a2-8e9f-0412560790a1, ff495058-c72f-43d4-a408-8adeff1dc1a1, 292daef4-eba3-4e8b-ae8e-beaf1f2f95c8, 8bda47ce-377b-4f6c-82a1-9c3b66085c60 |
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