Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Control of Modular Multilevel Matrix Converters Based on Capacitor Voltage Estimation
KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Elkraftteknik. (Power Electronics)ORCID-id: 0000-0001-8891-5659
KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES), Elkraftteknik.ORCID-id: 0000-0002-8565-4753
2016 (Engelska)Ingår i: IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC-ECCE Asia), 2016, IEEE, 2016, s. 3447-3452, artikel-id 7512848Konferensbidrag, Publicerat paper (Refereegranskat)
Abstract [en]

In this paper, a control method based on capacitor voltage estimation is applied to the modular multilevel matrix converter topology. By using such control method, capacitor voltage measurement is not needed in the high-level control. A state-space model of the converter and the control method is developed. Lyapunov stability theory is used to prove global asymptotic stability of the internal dynamics of the converter. Simulation results showing the behavior of the converter in steady-state and dynamic situations are presented.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
IEEE, 2016. s. 3447-3452, artikel-id 7512848
Nyckelord [en]
Asymptotic stability, Control theory, Matrix converters, Motion control, Power converters, Power electronics, State space methods, Capacitor voltages, Control methods, Global asymptotic stability, High level control, Internal dynamics, Lyapunov stability theory, Multilevel matrix converter, State - space models
Nationell ämneskategori
Annan elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Elektro- och systemteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-197596DOI: 10.1109/IPEMC.2016.7512848ISI: 000390949703101Scopus ID: 2-s2.0-84983261009ISBN: 978-1-5090-1210-7 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:kth-197596DiVA, id: diva2:1052165
Konferens
8th IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC-ECCE Asia 2016, Hefei, China, 22 May 2016 through 26 May 2016
Anmärkning

QC 20161207

Tillgänglig från: 2016-12-05 Skapad: 2016-12-05 Senast uppdaterad: 2019-04-04Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Modeling of Modular Multilevel Converters for Stability Analysis
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Modeling of Modular Multilevel Converters for Stability Analysis
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Modular multilevel converters (MMCs) have recently become the state-of-the-art solution for various grid-connected applications, such as high-voltage direct current (HVDC) systems and flexible alternating current transmission systems (FACTS). Modularity, scalability, low power losses, and low harmonic distortion are the outstanding properties that make MMCs a key technology for a sustainable future.

 

The main objective of this thesis is the modeling of grid-connected MMCs for stability analysis. The stability of the interconnected system, formed by the converter and the ac grid, can be assessed by analyzing the converter ac-side admittance in relation to the grid impedance. Therefore, a method for the calculation of the ac-side admittance of MMCs is developed. This method overcomes the nonlinearities of the converter dynamics and it can be easily adapted to different applications. Moreover, the effects of different control schemes on the MMC ac-side admittance are studied, showing how the converter admittance can be reshaped. This is a useful tool for system design, because it shows how control parameters can be selected to avoid undesired grid-converter interactions.

 

This thesis also studies ac/ac MMCs for railway power supplies, which are used in countries with a low-frequency railway grid, such as Germany (16.7 Hz) and Sweden (16 2/3 Hz). A hierarchical control scheme for these converters is devised and evaluated, considering the requirements and the operating conditions specific to this application. Furthermore, admittance models of the ac/ac MMC are developed, showing how the suggested hierarchical control scheme affects the three-phase and the single-phase side admittances of the converter. For computing the insertion indices, an open-loop scheme with sum capacitor voltage estimation is applied to the ac/ac MMC. Lyapunov stability theory is used to prove the asymptotic stability of the converter operated with the proposed control method. This specific open-loop scheme is also adapted to a modular multilevel matrix converter, which performs three-to-three phase direct conversion.

 

Finally, this thesis presents the design of a down-scaled MMC prototype for experimental verification, rated at 10 kW with 30 full-bridge submodules. The hardware and the software are designed to be easily reconfigurable, which makes the converter suitable for different research projects focused on MMCs. Experiments on this down-scaled MMC are used to support and validate the key results presented throughout the thesis.

Abstract [sv]

Modulära multinivåomvandlare (MMC) har under senare år utvecklats till den mest relevanta lösningen för olika tillämpningar där kraftelektroniska omriktare är anslutna till växelströmsnät, såsom system för högspänd likströmsöverföring (HVDC) och flexibla system för överföring av växelström (FACTS). Den modulära uppbyggnaden, skalbarhet, låga förluster och låga övertoner är egenskaperna som gör MMC omriktare till en central komponent för framtida hållbara elenergisystem.

 

Huvudsyftet med denna avhandling är modellering av nätanslutna omvandlare av typ MMC för stabilitetsanalys. Stabiliteten för systemet omvandlare och nät, kan bedömas genom att analysera omvandlarens växelströmssidiga admittans i förhållande till nätimpedansen. En metod har därför utvecklats för att beräkna den modulära multinivåomvandlarens admittans. Metoden tar hänsyn till olinjäriteter i omvandlarens dynamik och kan enkelt anpassas till olika tillämpningar. Därutöver studeras effekterna av hur olika reglersystem påverkar omvandlarens admittans och hur omvandlarens admittans kan omformas. Denna möjlighet är användbar vid utformning av en systemlösning, eftersom reglerparametrarna kan väljas för att undvika oönskade störningar mellan nät och omriktare.

 

I avhandlingen undersöks även modulära ac/ac-omvandlare för järnvägsbanmatning. Dessa används i länder med lågfrekvensbanmatning så som Tysk-land med 16,7 Hz och Sverige med 16 2/3 Hz. Ett hierarkiskt reglersystem har utvecklats och utvärderats med avseende på järnvägstillämpningens specifika krav och dess driftsförhållanden. Admittansmodeller har utvecklats, för dessa modulära ac/ac-omvandlare, som visar hur det föreslagna hierarkiska reglersystemet påverkar omvandlarens admittans på både trefas- och enfassidan. För att beräkna ac/ac-omvandlarens inkopplingsförhållande appliceras en öppen styrning som estimerar summan av submodulernas kondensatorspänningar. Lyapunovs stabilitetsteori har använts för att bevisa den asymptotiska stabiliteten hos omvandlaren. Den föreslagna öppna styrningen kan också anpassas till en modulär multinivåomvandlare för direkt trefas till trefas omformning.

 

För att kunna verifiera resultaten experimentellt har en nedskalad prototyp utvecklats. Prototypens märkeffekt är 10 kW och den är uppbyggd av 30 submoduler med helbryggor. Hårdvaran och mjukvaran är utformade så att omvandlaren på ett enkelt sätt kan konfigureras för olika tillämpningar vilket gör den lämplig för olika forskningsprojekt som inkluderar modulära multinivåomriktare. Experiment på den nedskalade MMC:n har genomförts för att validera de resultat och slutsatser som presenteras i avhandlingen.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2019
Nyckelord
Modular multilevel converters (MMCs), stability, admittance, frequency-domain analysis, linearization techniques, current control, voltage control, ac/ac converters, railway engineering., Modulära multinivåomvandlare (MMC), stabilitet, admittans, frekvensanalys, linjäriseringsmetoder, strömreglering, spänningsreglering, ac/ac omvandlare, järnvägsteknik.
Nationell ämneskategori
Elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Elektro- och systemteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-248132 (URN)978-91-7873-144-2 (ISBN)
Disputation
2019-04-26, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20190405

Tillgänglig från: 2019-04-05 Skapad: 2019-04-04 Senast uppdaterad: 2019-04-05Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopushttps://ieeexplore.ieee.org/document/7512848/

Personposter BETA

Norrga, StaffanHarnefors, Lennart

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Bessegato, LucaNorrga, StaffanHarnefors, Lennart
Av organisationen
ElkraftteknikElkraftteknik
Annan elektroteknik och elektronik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
isbn
urn-nbn
Totalt: 438 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf