Control, Modulation and Implementation of Modular Multilevel Converters

Abstract: Denna avhandling behandlar analys och styrning av den modulära multinivå omvandlaren (M2C). M2C är en lovande omvandlarteknologi för högspända högeffekttillämpningar. Anledningen till detta är låg distorsion i utstorheterna kan uppnås med låg  medelswitchfrekvens per switch och utan utgångsfilter. Med M2C har utspänningen så lågt övertonsinnehåll att drift av högeffektmotorer är möjlig utan reduktion av märkeffekten. Emellertid innebär det stora antalet styrda switchar att styrningen blir mer komplex än för motsvarande tvånivåomvandlare. Styrningen av M2C måste måste konstrueras så att submodulernas kondensatorspänningar balanseras och är stabila oberoende av driftfall. En aktiv mekanism för val av submoduler, som är integrerad i modulatorn, har visat sig vara effektiv för att ombesörja den interna balanseringen av omvandlararmarna. Utöver balanseringen av de individuella kondensatorerna krävs en strategi för styrning av den totalt upplagrade energin i omvandlaren. Med utgångspunkt i en analytisk beskrivning av omvandlaren föreslås styrlagar för både öppen styrning och sluten reglering, vilka genom både simuleringar och med hjälp av experiment har visat sig vara stabila i hela arbetsområdet. Den potentiella växelverkan mellan den inre omvandlarstyrningen och en yttre strömreglering undersöks också. Både simuleringar och experiment bekräftar att eventuell interaktion inte innebär några avsevärda problem vare sig för omvandlaren eller motorn. En  hårdvaruimplementering av en nedskalad trefasig 10kVA-omvandlare har genomförts för att verifiera modellering och styrning. Implementeringen av styrningen beskrivs i detalj. Styrningen är anmärkningsvärt snabb och kan utökas till godtyckligt antal nivåer. Den kan därför användas för en fullskaleimplementering i MW-klassen.