Александр Плахтий | Ukrainian State University of Railway Transport (original) (raw)

Papers by Александр Плахтий

ТРИФАЗНИЙ ТРИРІВНЕВИЙ АКТИВНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ З ГІСТЕРЕЗИСНОЮ СИСТЕМОЮ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ У стат... more ТРИФАЗНИЙ ТРИРІВНЕВИЙ АКТИВНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ З ГІСТЕРЕЗИСНОЮ СИСТЕМОЮ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ У статті представлено аналіз трирівневого активного випрямляча з корекцією коефіцієнта потужності. Трирівневий активний випрямляч компенсує вищі гармонійні складові, що генеруються нелінійними навантаженнями, і реалізує коефіцієнт потужності близький до одиниці. Ключові слова: активний трифазний випрямляч, корекція коефіцієнта потужності, електромагнітна сумісність.

Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті, 2017

Вісник Національного технічного університету "ХПÌ", 2019

За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергии... more За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергиимодульные многоуровневые преобразователи. Данная топология схемотехнически состоит из n-го числа последовательно включенных транзисторно-емкостных модулей и позволяет реализовывать, как выпрямители, так и инверторы напряжения с различным числом уровней и фаз. В настоящее время данные преобразователи нашли широкое применение в системах передачи электроэнергии на высоком напряжении постоянного тока (back-to-back HVDC), производимых компаниями Siemens и ABB, c мощностью порядка 400-2000 МВА. Модульные многоуровневые преобразователи в сравнении с другими типами полупроводниковых преобразователей обладают рядом существенных преимуществ. Наличие большого числа уровней (100 и выше) дает возможность использования относительно низковольтных ключей и реализации низкой частоты коммутации, что обуславливает высокий КПД преобразователя. Заявленный КПД системы передачи электроэнергии системы электроснабжения HVDC с модульными многоуровневыми преобразователями производства Siemens составляет 99,5%. Кроме этого модульные многоуровневые преобразователи имеют повышенную надежность. Это обусловлено тем, что модульные преобразователи могут функционировать даже при условии выхода из строя отдельных транзисторноемкостных модулей. Удобным в производстве является конструктивная модульность и масштабируемость преобразователя. Однако в управлении модульных многоуровневых преобразователей существует проблема стабилизация напряжения на конденсаторах ячеек. В ходе проведенных исследований было установлено, что при использовании классических алгоритмов управления многоуровневыми инверторами (пространственно-векторной и синусоидальной широтно-импульсной модуляции) в модульных многоуровневых преобразователях возникает дисбаланс напряжений на конденсаторах ячеек модульных многоуровневых инверторов. В результате этого напряжение на одной половине ячеек падает до нуля, а напряжение на другой половине ячеек возрастает в два раза. Это приводит к значительному ухудшению формы выходного напряжения. В статье представлено улучшенный алгоритм пространственно-векторной модуляции для модульного многоуровневого преобразователя, который обеспечивает стабилизацию напряжения в ячейках преобразователя, а также возможность регулирования амплитуды и частоты выходного напряжения. В программе Matlab/Simulink создана модель модульного пятиуровневого модульного инвертора. Результаты имитационного моделирования подтвердили работоспособность предложенного алгоритма управления. Ключевые слова: модульный многоуровневый инвертор; стабилизация напряжения MMC; улучшенная пространственновекторная ШИМ

Активные трехфазные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по ... more Активные трехфазные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по сравнению диодными и тиристорными выпрямителями, они позволяют реализовать коэффициент мощности близкий к единице, форму входных фазных токов близкую к синусоиде, а также двунаправленную передачу энергии. Важной составляющей преобразователя является система управления. Большинство существующих систем управления основаны на гистерезисной модуляции. Существенным ее недостатком является высокая и переменная во времени частота коммутации. В статье представлена система управления активного трехфазного выпрямителя с двусторонней широтно-импульсной модуляцией. Данный тип модуляции обладает рядом преимуществ в сравнении с гистерезисной модуляцией, а именно задание и регулирование частоты коммутации, что обуславливает снижение динамических потерь в IGBT ключей и повышение КПД преобразователя.Three phase active rectifiers with power factor correction have several advantages in comparison with diod...

Диссертация на соискание учѐной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – по... more Диссертация на соискание учѐной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" – Харьков - 2016. Диссертация посвящена исследованию электромагнитных процессов в активных четырех-квадрантных выпрямителей с системами управления построенных на базе гистерезисной и широтно-импульсной модуляции, которые обеспечивают высокие показатели электромагнитной совместимости с питающей и контактной сетью. Выполнен анализ путей улучшения электромагнитной совместимости и возможности реализации рекуперации в выпрямительных установках тяговых подстанций постоянного тока. Сделан вывод, что наиболее перспективной схемой выпрямительного агрегата тяговой подстанции является схема активного трехфазного четырехквадрантного выпрямителя напряжения построенная на базе схемы автономного инвертора напряжения. Разработаны системы автоматического управления двуху...

2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018

The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge activ... more The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge active rectifiers in the interleaving mode. Obtained the regulating characteristic of output voltage in active rectifier in rectification mode and recuperation mode. Developed Matlab / SymPowerSystems models of multi-bridge active rectifiers with a different number of parallel bridges and different PWM frequencies in interleaving mode. According to the performed modeling were analyzed spectrum of input current harmonic and defined power losses in supply grid caused by higher current.

Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New solutions in modern technologies, 2018

Increasing energy efficiency is a priority for the energy sector. To realize maximum energy effic... more Increasing energy efficiency is a priority for the energy sector. To realize maximum energy efficiency, a clear understanding of the significance of the component losses and methods of their elimination is necessary. This is also necessary to determine the power losses caused by higher harmonics, as well as to determine the energy-saving effect of the power active filter. The article presents the results of studies of the influence of higher current harmonics on the network resistance, network losses, as well as the efficiency of the power supply system. On the basis of the solution of differential and algebraic equations, it is established that the existing approximating expressions that determine the dependence of the network resistance on frequency, caused by the skin effect, are not accurate. For a certain frequency range, the network resistance is below the nominal. In addition, they do not take into account the effect of the cross-sectional area. Based on the solution of the Bessel functions of the first kind, a method is developed for calculating the dependence of the active resistance of the network on the frequency, which takes into account the geometric parameters of the conductor. It is established that the skin effect makes the resistance of the network a frequency-dependent parameter. Thus, the electrical network can be represented as a filter. Additional losses of energy arise in the electric network from higher harmonics due to an increase in the rms current. The dependence of additional losses in the network on the higher harmonics as a function of the resulting coefficient of current harmonic distortion is established. It is established that the higher harmonics of the current caused by the power source and the load in different ways affect the efficiency of the network.

Активные четырехквадрантные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимущ... more Активные четырехквадрантные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по сравнению диодными и тиристорными выпрямителями, они позволяют реализовать коэффициент мощности близкий к единице, форму входных токов близкую к синусоиде, а также двунаправленную передачу энергии. Важнейшей составляющей преобразователя является его система управления. Именно от типа реализованной системы управления активного выпрямителя зависят показатели качества электроэнергии, уровень эмиссии высших гармоник, частота коммутации силовых ключей, тепловые режимы, коэффициент полезного действия. Наибольшее распространение нашли системы управления, основанные на гистерезисной модуляции и ШИМ. Существенным недостатком гистерезисных систем управления является высокая, переменная во времени и неизвестная на стадии проектирования частота коммутации, что обуславливает преимущество систем управления с ШИМ. В статье представлен сравнительный анализ энергетических показателей активного че...

В статье представлен анализ трёхуровневой активного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощност... more В статье представлен анализ трёхуровневой активного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности. Трехуровневый активный выпрямитель компенсирует высшие гармонические составляющие, генерируемые нелинейными нагрузками, и реализуют коэффициент мощности близкий к единице.Three phase diode bridge rectifiers have a low power factor. They are a powerful source of higher current harmonics in industrial network. Pressing issue is improvement of electromagnetic compatibility of three-phase rectifier units. One of the ways of power factor correction is the application of two-level active rectifiers. Two-level active rectifiers’ implements sinusoidal input phase currents and unity power factor. Another advantage of this rectifier is the implementation of the energy recovery from DC line to the three-phase network. Significant disadvantage of two-level active rectifier is high load requirements keys schemes. This leads to restrictions on the use of this scheme with the networks of medium and ...

Over the two past decades, a new type of semiconductor power converter has appeared – modular mul... more Over the two past decades, a new type of semiconductor power converter has appeared – modular multilevel converter. This topology consists of several transistor-capacitive modules, allowing to realize multilevel rectifiers and invertors with various number of levels and phases. Currently, the modular multilevel converters are widely used in high-voltage direct-current power supply systems (HVDC), produced by Siemens and ABB companies, with a rated power 400-2000 MVA. Modular multi-level converters in comparison with other types of semiconductor converters have a number of significant advantages. The presence of a large number of levels (100 and higher) makes it possible to use relatively low-voltage switches and realize a low switching frequency, which leads to a high efficiency of the converter. The declared efficiency of the power transmission system of the HVDC power supply system with modular multi-level converters manufactured by Siemens is 99.5%.In addition, modular multi-leve...

Bulletin of NTU "Kharkiv Polytechnic Institute" Series: Electrical Machines and Electromechanical Energy Conversion

За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергии... more За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергиимодульные многоуровневые преобразователи. Данная топология схемотехнически состоит из n-го числа последовательно включенных транзисторно-емкостных модулей и позволяет реализовывать, как выпрямители, так и инверторы напряжения с различным числом уровней и фаз. В настоящее время данные преобразователи нашли широкое применение в системах передачи электроэнергии на высоком напряжении постоянного тока (back-to-back HVDC), производимых компаниями Siemens и ABB, c мощностью порядка 400-2000 МВА. Модульные многоуровневые преобразователи в сравнении с другими типами полупроводниковых преобразователей обладают рядом существенных преимуществ. Наличие большого числа уровней (100 и выше) дает возможность использования относительно низковольтных ключей и реализации низкой частоты коммутации, что обуславливает высокий КПД преобразователя. Заявленный КПД системы передачи электроэнергии системы электроснабжения HVDC с модульными многоуровневыми преобразователями производства Siemens составляет 99,5%. Кроме этого модульные многоуровневые преобразователи имеют повышенную надежность. Это обусловлено тем, что модульные преобразователи могут функционировать даже при условии выхода из строя отдельных транзисторноемкостных модулей. Удобным в производстве является конструктивная модульность и масштабируемость преобразователя. Однако в управлении модульных многоуровневых преобразователей существует проблема стабилизация напряжения на конденсаторах ячеек. В ходе проведенных исследований было установлено, что при использовании классических алгоритмов управления многоуровневыми инверторами (пространственно-векторной и синусоидальной широтно-импульсной модуляции) в модульных многоуровневых преобразователях возникает дисбаланс напряжений на конденсаторах ячеек модульных многоуровневых инверторов. В результате этого напряжение на одной половине ячеек падает до нуля, а напряжение на другой половине ячеек возрастает в два раза. Это приводит к значительному ухудшению формы выходного напряжения. В статье представлено улучшенный алгоритм пространственно-векторной модуляции для модульного многоуровневого преобразователя, который обеспечивает стабилизацию напряжения в ячейках преобразователя, а также возможность регулирования амплитуды и частоты выходного напряжения. В программе Matlab/Simulink создана модель модульного пятиуровневого модульного инвертора. Результаты имитационного моделирования подтвердили работоспособность предложенного алгоритма управления. Ключевые слова: модульный многоуровневый инвертор; стабилизация напряжения MMC; улучшенная пространственновекторная ШИМ

Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport

В статье представлена дискретная динамическая модель активного трехфазного выпрямителя с коррекци... more В статье представлена дискретная динамическая модель активного трехфазного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности. Достоинством предложенной модели является возможность исследований влияния управляющий коммутационных функций, реализуемых системой управления, на электродинамические процессы в преобразователе. Представлены результаты исследований предложенной модели, выполненные в программном пакете Matlab. Ключевые слова: трехфазный активный выпрямитель, коррекция коэффициента мощности, динамическая модель. У статті представлена дискретна динамічна модель активного трифазного випрямляча з корекцією коефіцієнта потужності. Перевагою запропонованої моделі є можливість дослідження впливу комутаційних функцій системи керування на електродинамічні процеси в перетворювачі. Представлені результати дослідження запропонованої моделі, проведені в програмному пакеті MATLAB. Ключові слова: трифазний активний випрямляч, корекція коефіцієнта потужності, динамічна модель. The article presents the discrete dynamic model of a three-phase active rectifier with power factor correction. This type of converter allows implementation of following options: power factor correction, sinusoidal input current, eliminating harmonic in input current, regulation of the output voltage of the rectifier, energy recovery in the network. Analysis of electromagnetic processes requires creation of a dynamic model of the converter. The dynamic model allows analyzing steadystate and transient processes, obtaining static and dynamic characteristics of the rectifier. Switching power converters can be considered either as discrete elements of automatic control systems, either as a continuous linear element. However, worth noting that by its nature the PWM rectifier is a nonlinear discrete element and its consideration as a discrete dynamical system is more accurate approach. The advantage of the proposed discrete model is the ability to research the influence of control switching functions on the electrodynamic processes in the converter.

—The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge acti... more —The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge active rectifiers in the interleaving mode. Obtained the regulating characteristic of output voltage in active rectifier in rectification mode and recuperation mode. Developed Matlab / SymPowerSystems models of multi-bridge active rectifiers with a different number of parallel bridges and different PWM frequencies in interleaving mode. According to the performed modeling were analyzed spectrum of input current harmonic and defined power losses in supply grid caused by higher current. Keywords— multibridge active voltage-sourse rectifier, power factor, electromagnetic compatibility, harmonic reduction, harmonic power losses.

ТРИФАЗНИЙ ТРИРІВНЕВИЙ АКТИВНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ З ГІСТЕРЕЗИСНОЮ СИСТЕМОЮ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ У стат... more ТРИФАЗНИЙ ТРИРІВНЕВИЙ АКТИВНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ З ГІСТЕРЕЗИСНОЮ СИСТЕМОЮ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ У статті представлено аналіз трирівневого активного випрямляча з корекцією коефіцієнта потужності. Трирівневий активний випрямляч компенсує вищі гармонійні складові, що генеруються нелінійними навантаженнями, і реалізує коефіцієнт потужності близький до одиниці. Ключові слова: активний трифазний випрямляч, корекція коефіцієнта потужності, електромагнітна сумісність.

Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті, 2017

Вісник Національного технічного університету "ХПÌ", 2019

За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергии... more За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергиимодульные многоуровневые преобразователи. Данная топология схемотехнически состоит из n-го числа последовательно включенных транзисторно-емкостных модулей и позволяет реализовывать, как выпрямители, так и инверторы напряжения с различным числом уровней и фаз. В настоящее время данные преобразователи нашли широкое применение в системах передачи электроэнергии на высоком напряжении постоянного тока (back-to-back HVDC), производимых компаниями Siemens и ABB, c мощностью порядка 400-2000 МВА. Модульные многоуровневые преобразователи в сравнении с другими типами полупроводниковых преобразователей обладают рядом существенных преимуществ. Наличие большого числа уровней (100 и выше) дает возможность использования относительно низковольтных ключей и реализации низкой частоты коммутации, что обуславливает высокий КПД преобразователя. Заявленный КПД системы передачи электроэнергии системы электроснабжения HVDC с модульными многоуровневыми преобразователями производства Siemens составляет 99,5%. Кроме этого модульные многоуровневые преобразователи имеют повышенную надежность. Это обусловлено тем, что модульные преобразователи могут функционировать даже при условии выхода из строя отдельных транзисторноемкостных модулей. Удобным в производстве является конструктивная модульность и масштабируемость преобразователя. Однако в управлении модульных многоуровневых преобразователей существует проблема стабилизация напряжения на конденсаторах ячеек. В ходе проведенных исследований было установлено, что при использовании классических алгоритмов управления многоуровневыми инверторами (пространственно-векторной и синусоидальной широтно-импульсной модуляции) в модульных многоуровневых преобразователях возникает дисбаланс напряжений на конденсаторах ячеек модульных многоуровневых инверторов. В результате этого напряжение на одной половине ячеек падает до нуля, а напряжение на другой половине ячеек возрастает в два раза. Это приводит к значительному ухудшению формы выходного напряжения. В статье представлено улучшенный алгоритм пространственно-векторной модуляции для модульного многоуровневого преобразователя, который обеспечивает стабилизацию напряжения в ячейках преобразователя, а также возможность регулирования амплитуды и частоты выходного напряжения. В программе Matlab/Simulink создана модель модульного пятиуровневого модульного инвертора. Результаты имитационного моделирования подтвердили работоспособность предложенного алгоритма управления. Ключевые слова: модульный многоуровневый инвертор; стабилизация напряжения MMC; улучшенная пространственновекторная ШИМ

Активные трехфазные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по ... more Активные трехфазные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по сравнению диодными и тиристорными выпрямителями, они позволяют реализовать коэффициент мощности близкий к единице, форму входных фазных токов близкую к синусоиде, а также двунаправленную передачу энергии. Важной составляющей преобразователя является система управления. Большинство существующих систем управления основаны на гистерезисной модуляции. Существенным ее недостатком является высокая и переменная во времени частота коммутации. В статье представлена система управления активного трехфазного выпрямителя с двусторонней широтно-импульсной модуляцией. Данный тип модуляции обладает рядом преимуществ в сравнении с гистерезисной модуляцией, а именно задание и регулирование частоты коммутации, что обуславливает снижение динамических потерь в IGBT ключей и повышение КПД преобразователя.Three phase active rectifiers with power factor correction have several advantages in comparison with diod...

Диссертация на соискание учѐной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – по... more Диссертация на соискание учѐной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" – Харьков - 2016. Диссертация посвящена исследованию электромагнитных процессов в активных четырех-квадрантных выпрямителей с системами управления построенных на базе гистерезисной и широтно-импульсной модуляции, которые обеспечивают высокие показатели электромагнитной совместимости с питающей и контактной сетью. Выполнен анализ путей улучшения электромагнитной совместимости и возможности реализации рекуперации в выпрямительных установках тяговых подстанций постоянного тока. Сделан вывод, что наиболее перспективной схемой выпрямительного агрегата тяговой подстанции является схема активного трехфазного четырехквадрантного выпрямителя напряжения построенная на базе схемы автономного инвертора напряжения. Разработаны системы автоматического управления двуху...

2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018

The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge activ... more The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge active rectifiers in the interleaving mode. Obtained the regulating characteristic of output voltage in active rectifier in rectification mode and recuperation mode. Developed Matlab / SymPowerSystems models of multi-bridge active rectifiers with a different number of parallel bridges and different PWM frequencies in interleaving mode. According to the performed modeling were analyzed spectrum of input current harmonic and defined power losses in supply grid caused by higher current.

Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New solutions in modern technologies, 2018

Increasing energy efficiency is a priority for the energy sector. To realize maximum energy effic... more Increasing energy efficiency is a priority for the energy sector. To realize maximum energy efficiency, a clear understanding of the significance of the component losses and methods of their elimination is necessary. This is also necessary to determine the power losses caused by higher harmonics, as well as to determine the energy-saving effect of the power active filter. The article presents the results of studies of the influence of higher current harmonics on the network resistance, network losses, as well as the efficiency of the power supply system. On the basis of the solution of differential and algebraic equations, it is established that the existing approximating expressions that determine the dependence of the network resistance on frequency, caused by the skin effect, are not accurate. For a certain frequency range, the network resistance is below the nominal. In addition, they do not take into account the effect of the cross-sectional area. Based on the solution of the Bessel functions of the first kind, a method is developed for calculating the dependence of the active resistance of the network on the frequency, which takes into account the geometric parameters of the conductor. It is established that the skin effect makes the resistance of the network a frequency-dependent parameter. Thus, the electrical network can be represented as a filter. Additional losses of energy arise in the electric network from higher harmonics due to an increase in the rms current. The dependence of additional losses in the network on the higher harmonics as a function of the resulting coefficient of current harmonic distortion is established. It is established that the higher harmonics of the current caused by the power source and the load in different ways affect the efficiency of the network.

Активные четырехквадрантные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимущ... more Активные четырехквадрантные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по сравнению диодными и тиристорными выпрямителями, они позволяют реализовать коэффициент мощности близкий к единице, форму входных токов близкую к синусоиде, а также двунаправленную передачу энергии. Важнейшей составляющей преобразователя является его система управления. Именно от типа реализованной системы управления активного выпрямителя зависят показатели качества электроэнергии, уровень эмиссии высших гармоник, частота коммутации силовых ключей, тепловые режимы, коэффициент полезного действия. Наибольшее распространение нашли системы управления, основанные на гистерезисной модуляции и ШИМ. Существенным недостатком гистерезисных систем управления является высокая, переменная во времени и неизвестная на стадии проектирования частота коммутации, что обуславливает преимущество систем управления с ШИМ. В статье представлен сравнительный анализ энергетических показателей активного че...

В статье представлен анализ трёхуровневой активного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощност... more В статье представлен анализ трёхуровневой активного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности. Трехуровневый активный выпрямитель компенсирует высшие гармонические составляющие, генерируемые нелинейными нагрузками, и реализуют коэффициент мощности близкий к единице.Three phase diode bridge rectifiers have a low power factor. They are a powerful source of higher current harmonics in industrial network. Pressing issue is improvement of electromagnetic compatibility of three-phase rectifier units. One of the ways of power factor correction is the application of two-level active rectifiers. Two-level active rectifiers’ implements sinusoidal input phase currents and unity power factor. Another advantage of this rectifier is the implementation of the energy recovery from DC line to the three-phase network. Significant disadvantage of two-level active rectifier is high load requirements keys schemes. This leads to restrictions on the use of this scheme with the networks of medium and ...

Over the two past decades, a new type of semiconductor power converter has appeared – modular mul... more Over the two past decades, a new type of semiconductor power converter has appeared – modular multilevel converter. This topology consists of several transistor-capacitive modules, allowing to realize multilevel rectifiers and invertors with various number of levels and phases. Currently, the modular multilevel converters are widely used in high-voltage direct-current power supply systems (HVDC), produced by Siemens and ABB companies, with a rated power 400-2000 MVA. Modular multi-level converters in comparison with other types of semiconductor converters have a number of significant advantages. The presence of a large number of levels (100 and higher) makes it possible to use relatively low-voltage switches and realize a low switching frequency, which leads to a high efficiency of the converter. The declared efficiency of the power transmission system of the HVDC power supply system with modular multi-level converters manufactured by Siemens is 99.5%.In addition, modular multi-leve...

Bulletin of NTU "Kharkiv Polytechnic Institute" Series: Electrical Machines and Electromechanical Energy Conversion

За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергии... more За последние два десятилетия появился новый тип полупроводниковых преобразователей электроэнергиимодульные многоуровневые преобразователи. Данная топология схемотехнически состоит из n-го числа последовательно включенных транзисторно-емкостных модулей и позволяет реализовывать, как выпрямители, так и инверторы напряжения с различным числом уровней и фаз. В настоящее время данные преобразователи нашли широкое применение в системах передачи электроэнергии на высоком напряжении постоянного тока (back-to-back HVDC), производимых компаниями Siemens и ABB, c мощностью порядка 400-2000 МВА. Модульные многоуровневые преобразователи в сравнении с другими типами полупроводниковых преобразователей обладают рядом существенных преимуществ. Наличие большого числа уровней (100 и выше) дает возможность использования относительно низковольтных ключей и реализации низкой частоты коммутации, что обуславливает высокий КПД преобразователя. Заявленный КПД системы передачи электроэнергии системы электроснабжения HVDC с модульными многоуровневыми преобразователями производства Siemens составляет 99,5%. Кроме этого модульные многоуровневые преобразователи имеют повышенную надежность. Это обусловлено тем, что модульные преобразователи могут функционировать даже при условии выхода из строя отдельных транзисторноемкостных модулей. Удобным в производстве является конструктивная модульность и масштабируемость преобразователя. Однако в управлении модульных многоуровневых преобразователей существует проблема стабилизация напряжения на конденсаторах ячеек. В ходе проведенных исследований было установлено, что при использовании классических алгоритмов управления многоуровневыми инверторами (пространственно-векторной и синусоидальной широтно-импульсной модуляции) в модульных многоуровневых преобразователях возникает дисбаланс напряжений на конденсаторах ячеек модульных многоуровневых инверторов. В результате этого напряжение на одной половине ячеек падает до нуля, а напряжение на другой половине ячеек возрастает в два раза. Это приводит к значительному ухудшению формы выходного напряжения. В статье представлено улучшенный алгоритм пространственно-векторной модуляции для модульного многоуровневого преобразователя, который обеспечивает стабилизацию напряжения в ячейках преобразователя, а также возможность регулирования амплитуды и частоты выходного напряжения. В программе Matlab/Simulink создана модель модульного пятиуровневого модульного инвертора. Результаты имитационного моделирования подтвердили работоспособность предложенного алгоритма управления. Ключевые слова: модульный многоуровневый инвертор; стабилизация напряжения MMC; улучшенная пространственновекторная ШИМ

Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport

В статье представлена дискретная динамическая модель активного трехфазного выпрямителя с коррекци... more В статье представлена дискретная динамическая модель активного трехфазного выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности. Достоинством предложенной модели является возможность исследований влияния управляющий коммутационных функций, реализуемых системой управления, на электродинамические процессы в преобразователе. Представлены результаты исследований предложенной модели, выполненные в программном пакете Matlab. Ключевые слова: трехфазный активный выпрямитель, коррекция коэффициента мощности, динамическая модель. У статті представлена дискретна динамічна модель активного трифазного випрямляча з корекцією коефіцієнта потужності. Перевагою запропонованої моделі є можливість дослідження впливу комутаційних функцій системи керування на електродинамічні процеси в перетворювачі. Представлені результати дослідження запропонованої моделі, проведені в програмному пакеті MATLAB. Ключові слова: трифазний активний випрямляч, корекція коефіцієнта потужності, динамічна модель. The article presents the discrete dynamic model of a three-phase active rectifier with power factor correction. This type of converter allows implementation of following options: power factor correction, sinusoidal input current, eliminating harmonic in input current, regulation of the output voltage of the rectifier, energy recovery in the network. Analysis of electromagnetic processes requires creation of a dynamic model of the converter. The dynamic model allows analyzing steadystate and transient processes, obtaining static and dynamic characteristics of the rectifier. Switching power converters can be considered either as discrete elements of automatic control systems, either as a continuous linear element. However, worth noting that by its nature the PWM rectifier is a nonlinear discrete element and its consideration as a discrete dynamical system is more accurate approach. The advantage of the proposed discrete model is the ability to research the influence of control switching functions on the electrodynamic processes in the converter.

—The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge acti... more —The paper presents the results of the study of energy parameters of high power multi-bridge active rectifiers in the interleaving mode. Obtained the regulating characteristic of output voltage in active rectifier in rectification mode and recuperation mode. Developed Matlab / SymPowerSystems models of multi-bridge active rectifiers with a different number of parallel bridges and different PWM frequencies in interleaving mode. According to the performed modeling were analyzed spectrum of input current harmonic and defined power losses in supply grid caused by higher current. Keywords— multibridge active voltage-sourse rectifier, power factor, electromagnetic compatibility, harmonic reduction, harmonic power losses.