Loading...

Modification in Topology and Control Method for Improving Performance of Modular Multilevel Converter in 2N+1 and N+1 Modulation

Razani, Ramin | 2017

7643 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50536 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Parniani, Mostafa
  7. Abstract:
  8. In Modular Multilevel converter, it is necessary to attain different objectives simultaneously. One of the most effective control methods which can cope with this kind of systems is the Model Predictive Control (MPC). This method predicts the values of control objectives based on different feasible states and determines the optimal one using cost functions. The number of feasible states can increase when the number of switches increases in the converter. This makes the MPC unable to be applied in the MMCs with hundereds of submodules (SMs) in each arm because of its heavy computational burden. In this thesis, a modified model predictive control is proposed to reduce the computational burden. The proposed strategy controls each objective independently and also eliminates unnecessary use of cost functions. The SMs capacitor voltages are controled by a modified sorting algorithm that is capable to reduce the switching frequency. Superiority of the proposed strategy is verified by simulation results. The MMC can operate in N+1 and 2N+1 modulations. In the N+1 modulation, the number of output voltage levels is N+1 and in the 2N+1 modulation is 2N+1. When the MMC operates in the 2N+1 modulation, the circulating current will increase dramatically. This increase will prevent the converter to work properly. In this thesis, a Hybrid Modular Multilevel Converter is proposed containing half-bridge SM and at least one full-bridge SM with half of the half-bridge SM voltage rating in each arm. The proposed topology is capable of minimizing the circulating current when the converter operates in the 2N+1 modulation. Furthermore, the total converter loss is declined as compared to the usual MMC, and the proposed topology can proceed its operation even if various fault conditions occur in the SMs. Performance of the proposed Hybrid MMC is verified by several simulation and experimental case studies
  9. Keywords:
  10. Modular Multilevel Converters (MMC) ; Model Predictive Control ; Circulating Current Control ; Controlling Goals ; Computation Overhead ; 2N+1 Modulation

 Digital Object List

 Bookmark

  • تشكر و قدرداني
  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فصل1 مقدمه
    • 1-1 مقدمه
    • 1-2 پیشینه تاریخی و اهمیت مبدل های چند سطحی
      • 1-2-1 پیدایش مبدل چندسطحی ماژولار
      • 1-2-2 چالش های کنترلی مبدل چندسطحی ماژولار
    • 1-3 هدف از انجام پایان نامه
    • 1-4 طرح کلی پایان نامه
  • فصل2 مبدل چندسطحی ماژولار
    • 2-1 مقدمه
    • 2-2 ساختار کلی مبدل چند سطحی ماژولار
      • 2-2-1 ساختار ماژول های مبدل چند سطحی ماژولار
        • 2-2-1-1 مبدل نیم پل14F
        • 2-2-1-2 مبدل تمام پل15F
    • 2-3 مدل ریاضی مبدل چندسطحی ماژولار
    • 2-4 حالتهای موجود برای کنترل مبدل چندسطحی ماژولار
      • 2-4-1 مدولاسیون N+1
      • 2-4-2 مدولاسیون 2N+1
    • 2-5 نتیجه‏گیری
  • فصل3 کنترل مبدل چند سطحی ماژولار
    • 3-1 مقدمه
    • 3-2 کنترل پیش بین
      • 3-2-1 چگونگی عملکرد کنترل پیش بین[27-29, 31]
        • 3-2-1-1 اندازه گیری مقادیر جریان و ولتاژ
        • 3-2-1-2 پیش بینی مقادیر اهداف کنترلی به ازای تمام حالتهای کلیدزنی
        • 3-2-1-3 تابع هزینه
    • 3-3 کاهش بار محاسباتی کنترل پیش بین در مدولاسیون N+1
      • 3-3-1 کنترل جریان خروجی
      • 3-3-2 کنترل جریان گردشی
      • 3-3-3 جبران تعداد ماژولهای فعال
      • 3-3-4 کنترل ولتاژ خازن ماژولها
      • 3-3-5 بررسی عملکرد روش ارایه شده
        • 3-3-5-1 نتایج شبیه سازی
        • 3-3-5-2 مقایسه بار محاسباتی در روش ارایه شده و دیگر روش ها
        • 3-3-5-3 مقایسه عملکرد روش ارایه شده با نوع ابتدایی آن
        • 3-3-5-4 کاهش فرکانس با افزایش ضریب وزنی
    • 3-4 نتیجه گیری
  • فصل4 ارایه ی ساختار ترکیبی به منظور کنترل جریان گردشی
    • 4-1 مقدمه
    • 4-2 جریان گردشی در مدولاسیون 2N+1
      • 4-2-1 ایجاد ولتاژ تفاضلی با استفاده از ماژول اضافه
      • 4-2-2 تعیین ساختار ماژول اضافه
    • 4-3 کنترل مبدل چندسطحی بهبود یافته
      • 4-3-1 کنترل در شرایط عادی سیستم
        • 4-3-1-1 کنترل جریان خروجی
        • 4-3-1-2 کنترل جریان گردشی
        • 4-3-1-3 کنترل ولتاژ خازن مبدل تمام پل
        • 4-3-1-4 کنترل ولتاژ خازن ماژولهای نیم پل
      • 4-3-2 کاهش فرکانس کلیدزنی
      • 4-3-3 کنترل مبدل در شرایط بروز خطا در ماژول ها
    • 4-4 بررسی عملکرد مبدل چندسطحی ماژولار ترکیبی بهبود یافته
      • 4-4-1 نتایج شبیه سازی
        • 4-4-1-1 شبیه سازی در شرایط عادی سیستم
        • 4-4-1-2 شبیه سازی در شرایط بروز خطا در ماژول ها
        • 4-4-1-3 مقایسه جریان گردشی در مدولاسیون 2N+1
      • 4-4-2 مقایسه عملکرد مبدل چندسطحی ماژولار ترکیبی بهبود یافته با ساختار پیشین
        • 4-4-2-1 تلفات کلیدزنی
        • 4-4-2-2 کیفیت عملکرد سیستم
        • 4-4-2-3 قابلیت اطمینان مبدل
      • 4-4-3 نتایج آزمایشگاهی
        • 4-4-3-1 نتایج عملی در شرایط عادی سیستم
        • 4-4-3-2 نتایج عملی در شرایط بروز خطا در ماژول ها
        • 4-4-3-3 مقایسه جریان گردشی در مدولاسیون 2N+1
    • 4-5 نتیجه گیری
  • فصل5 نتیجه‏گیری و پیشنهادها
    • 5-1 نتیجه‏گیری
    • 5-2 پیشنهادها
  • مراجع
...see more