Pregled topologije i primjene upravljanja energetskim elektronskim transformatorima srednjeg i visokog napona III

3.3 Stegnuta višerazinska topologija

Prikazana je višerazinska topologija sa stegnutom neutralnom tačkom (NPC). Pored NPC topologije sa stegnutom diodom, NPC topologije također uključuju tip letećeg kondenzatora i hibridni tip sa stegnutom, između ostalog. Međutim, zbog velike zapremine kondenzatora, NPC topologije i dalje uglavnom koriste pasivne ili aktivne prekidačke uređaje za stezanje. Uzimajući višerazinsku topologiju sa stegnutom diodom kao primjer, u topologiji trofaznog ispravljačkog stepena, svaka fazna grana se sastoji od kaskadnih prekidačkih tranzistora i steznih dioda, paralelno povezanih na jednu visokonaponsku DC sabirnicu. U literaturi je predložena jednofazna PET topologija sa ispravljačkom stepenom koja koristi četveronivojsko kolo sa stegnutom diodom. Jedna visokonaponska DC sabirnica praćena je paralelnim ulazno-serijski-izlaznim DAB-ovima, kao što je prikazano. Ova topologija se može proširiti u trofaznu strukturu, a broj naponskih nivoa se može mijenjati na osnovu nivoa napona koje uređaj podnosi i nivoa napona visokonaponske strane. Poput MMC topologije, NPC topologija se može primijeniti i u fazi izolacije, povezujući visokonaponsku DC sabirnicu sa... Izolacijski transformator, kao što je prikazano. U literaturi je primijenjen trostepeni diodno stegnuti NPC pretvarač na visokonaponsku stranu LLC rezonantnog pretvarača, verificirajući ga na prototipu od 166kW/2kV~400V. U literaturi je primijenjeno trostepeno diodno stegnuto NPC kolo na trofazni DAB, postižući idealne naponske i strujne karakteristike DAB-a.

Kada se NPC topologija koristi kao ispravljački stepen, ne zahtijeva izolovane DC sabirnice, što smanjuje broj transformatora izolacijskog stepena. Nadalje, u trofaznim strukturama ne postoji talasanje napona dvostruke linijske frekvencije na sabirnici. Međutim, budući da stegnuta topologija zahtijeva veliki broj steznih uređaja, broj steznih uređaja se povećava s povećanjem broja nivoa, što otežava proširenje nivoa i otežava postizanje redundancije. Što se tiče upravljanja, struje koje teku u svaki sabirnički kondenzator NPC pretvarača su različite, što dovodi do neravnoteže napona kondenzatora. Za NPC topologije iznad tri nivoa, ne postoji efikasan algoritam za balansiranje napona. Osim toga, nedosljedna vremena rada prekidača unutar i izvan grana dovode do neravnomjernog zagrijavanja, što se može riješiti samo promjenom ukupne topologije kola.

Brojne poteškoće uzrokovane proširenjem nivoa znače da se NPC topologije mogu primijeniti samo na srednjim/visokim naponskim nivoima putem serijskog spajanja uređaja ili upotrebe visokonaponskih SiC uređaja. Međutim, na nižim naponskim nivoima, u poređenju sa topologijom jednog H-mosta, trostepeni NPC ima samo upola manju naponsku otpornost i naponsko opterećenje na svakom prekidačkom tranzistoru, dok proizvodi više naponskih nivoa, što rezultira nižim zahtjevima za filtriranje izlaza. Ima značajne prednosti primjene kao invertorski stepen na niskonaponskoj strani PET-a. Na primjer, u literaturi je korišten trostepeni diodno stegnuti NPC kao invertorski stepen PET-a za pogon trofaznog motora, provodeći eksperimentalnu verifikaciju i postižući dobre performanse pogona motora i performanse šuma.