Keywords
topology
control
operation
modulation methods
power loss analysis
Abstract
In this paper selected issues concerning topological structure, operation and control as well as modulation methods used in multilevel converters are presented. There is reviewed general topologies of multilevel converters, which include Diode-Clamped Converters, Capacitor-Clamped Converters, Cascade Converters and Hybrid Converters. The general structure of a multilevel converter consisting of several stages depending on its application and topology is described. In the structure of operation, the stages of Outer Control Loop, Inner Control Loop, DC voltage stabilization and modulation are specified. Next, the division of modulation methods used in multilevel converters is presented and a detailed description of selected modulation methods is made. In the further part of the article the modulation methods were described in detail, i.e. the Level-Shifted Carrier Modulation Technique and Phase-Shifted Carrier Modulation Technique were used to present the analysis of power losses in multilevel converters.
References
[2] Lai J.S., Peng F.Z.: Multilevel converters-a new breed of power converters. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, 1996, pp. 509–517, https://ieeexplore.ieee.org/document/502161 (dostęp: 31.10.2019r.).
[3] Hanzelka Z.: Rozważania o jakości energii elektrycznej (IV). Elektroinstalator, nr 12, 2001, s. 10-17.
[4] Bayoumi E. H.: Power electronics in smart grid distribution power systems: a review, International Journal of Industrial Electronics and Drives, vol. 3, no. 1, 2016, s. 20, https://www.researchgate.net/publication/305288782_Power_electronics_in_smart_ grid_distribution_power_systems_a_review (dostęp: 03.11.2019r.).
[5] Zygmanowski M., Michalak J.: Przekształtniki energoelektroniczne w EP, Artykuły Referencyjne, Biblioteka Źródłowa Energetyki Prosumenckiej, Stowarzyszenie Klaster 3x20, 2014, http://bzep.pl/static/uploads/MICHALAK_ZYGMANOWSKI_PRZEKSZTALTNIKI_ENERGOELEKTRONICZNE_W_EP2.pdf, (dostęp: 06.11.2019r.).
[6] Zygmanowski M.: Analiza porównawcza właściwości wybranych wielopoziomowych przekształtników energoelektronicznych przeznaczonych do układów kondycjonowania energii elektrycznej, Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, 2009.
[7] Pieńkowski K., Knapczyk M.: Przekształtniki energoelektroniczne AC/DC/AC i AC/AC- układy topologiczne i sterowanie, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, nr 72/2005, 2005, s. 247.
[8] Leon J.I., Vazquez S., Franquelo L.G.: Multilevel Converters: Control and Modulation Techniques for Their Operation and Industrial Applications, Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 11, 2017, pp. 2066-2081, https://ieeexplore.ieee.org/document/8010540 (dostęp: 05.11.2019r.).
[9] Kazmierkowski M.P., Franquelo L., Rodriguez J., Perez M., Leon J.: High-Performance Motor Drives. IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 5, no. 3, 2011, pp. 6-26, https://www.researchgate.net/publication/261774243_High-Performance_Motor_Drives (dostęp: 12.11.2019r.).
[10]Biskup T., Kołodziej H., Paluszczak D., Sontowski J., Michalak J., Zygmanowski M.: Przekształtnik 3-poziomowy NPC 3,3 kV do integracji z silnikiem klatkowym, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 2/2015(106), 2015, s. 163.
[11]Leon J.I., Kouro S., Franquelo L.G., Rodriguez J., Wu B.: The essential role and the continuous evolution of modulation techniques for voltage-source inverters in the past present and future power electronics, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 63, no. 5, 2016, pp. 2688-2701, https://ieeexplore.ieee.org/document/7386640 (dostęp: 05.11.2019r.).