Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การควบคุมแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุแบบใหม่สำหรับคอนเวอร์เตอร์หลายระดับแบบมอดูลาร์

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

A NEW CAPACITOR-VOLTAGE CONTROL FOR MODULAR MULTILEVEL CONVERTERS

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

สมบูรณ์ แสงวงค์วาณิชย์

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมไฟฟ้า

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.1247

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ได้นำเสนอการควบคุมแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุแบบใหม่สำหรับคอนเวอร์เตอร์หลายระดับแบบ มอดูลาร์ เป้าหมายในการควบคุมคือลดการกระเพื่อมของแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุภายในโมดูล โดยแนวคิดการควบคุมที่นำเสนออยู่บนพื้นฐานของหลักสมดุลกำลังงาน วิทยานิพนธ์นี้ได้วิเคราะห์การไหลวนของกำลังงานภายในคอนเวอร์เตอร์รวมทั้งหาสมการของกระแสไหลวนที่ทำให้กำลังงานออกและเข้าแต่ละโมดูลสมดุลกัน จากการวิเคราะห์การกระเพื่อมของแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุพบว่า กระแสไหลวนตามหลักสมดุลกำลังงานที่นำเสนอจะทำให้การกระเพื่อมของแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุมีค่าน้อยที่สุด วิทยานิพนธ์ได้นำเสนอวงรอบควบคุมการทำงานของคอนเวอร์เตอร์สองวงรอบได้แก่ วงรอบควบคุมสมดุลกำลัง/แรงดันคร่อมตัวเก็บประจุโดยเฉลี่ย และวงรอบควบคุมแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุของแต่ละโมดูล วงรอบการควบคุมที่นำเสนอมีลักษณะเป็นเชิงเส้นและไม่มีผลการเชื่อมร่วมระหว่างกัน ทำให้ง่ายต่อการออกแบบและวิเคราะห์เสถียรภาพ นอกจากนี้วิทยานิพนธ์ยังได้ออกแบบวงจรขับนำสวิตช์ซึ่งรวมวงจรวัดและป้อนกลับข้อมูลแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุของโมดูลไว้ภายในวงจร ทำให้ลดขนาดของวงจรแต่ละโมดูลลงได้มาก เพื่อเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้คอนเวอร์เตอร์หลายระดับแบบมอดูลาร์ในระดับแรงดันต่ำต่อไป การทำงานของคอนเวอร์เตอร์ตัวต้นแบบและประสิทธิผลของวงรอบควบคุมที่นำเสนอยืนยันได้ด้วยผลการจำลองการทำงานและการทดลองจริง

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This thesis proposes a new capacitor-voltage control for modular multilevel converters which aims to reduce the voltage fluctuation across the capacitors of the submodules. The main idea of the proposed control is based on the concept of input-output power balancing of each submodule. The power flow inside the converter is rigorously analyzed, and the circulating current which satisfies the power balance condition is derived. From the analysis of capacitor-voltage fluctuation it is founded that the so-derived circulating current gives the minimum ripples of the capacitor voltages. In the proposed control scheme, there are two control loops, i.e. the power-balancing/averaged-voltage control loop and the individual submodule-voltage control loop. By choosing the squared capacitor voltages as the controlled variables, the proposed control loops become linear, and the two control loops are also shown to be almost decoupled from each other. As a result, the design of the two control loops becomes simple. Moreover, this thesis also proposes a gate-drive circuit with built-in capacitor-voltage sensing function. The size of each submodule is thus significantly reduced, which opens the way for application of multilevel converters in the low-voltage area. Performances of the proposed control are finally verified by simulation and experiment carried out on a converter prototype.

Link to Full Text

Share

COinS