Многоуровневые полупроводниковые преобразователи с параллельным включением для активных фильтров и систем накопления энергии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.12, кандидат наук Дыбко, Максим Александрович

• Дыбко, Максим Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Дыбко, Максим Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

1.1 Предпосылки применению энергосберегающих устройств силовой электроники в электроэнергетике

1.2 Элементная база полупроводниковых преобразователей

1.3 Топологии преобразовательных устройств для электроэнергетики

1.4 Способы управления преобразовательными устройствами для нужд электроэнергетики

1.5 Актуальные проблемы преобразовательных устройств для нужд электроэнергетики

1.6 Постановка задач исследований

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ПРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ МП

2.1 Исходные положения анализа электромагнитных процессов в ПУ

2.2 Математическое описание алгоритма скалярного способа ШИМ для трехфазного трехуровневого преобразователя

2.3 Математическое описание векторного способа ШИМ для трехфазного трехуровневого преобразователя

2.4 Математическое описание фазных напряжений и токов

2.5 Математическое описание токов силовых полупроводниковых приборов75

2.6 Математическое описание звена постоянного тока

2.7 Особенности формирования математической модели при расчете динамических потерь в силовых полупроводниковых приборах ПУ

2.8 Особенности формирования математической модели при параллельном соединении преобразователей

2.9 Выводы по главе 2

3 РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1 Оценка качества фазного ступенчатого напряжения и тока

3.2 Расчет и анализ коммутационных уравнительных токов

3.3 Расчет и анализ КПД

3.4 Анализ тока средней линии

3.5 Выводы по главе 3

4 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В АКТИВНОМ ФИЛЬТРЕ

4.1 Описание имитационной модели № 1

4.2 Результаты моделирования

4.3 Имитационная модель №2

4.4 Результаты моделирования

4.5 Выводы по главе 4

5 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЕРИФИКАЦИИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1 Описание экспериментальной установки № 1

5.2 Проведение эксперимента по верификации математических моделей

5.3 Описание экспериментальной установки №2

5.4 Проведение эксперимента

5.5 Выводы по главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНА

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЭЭ - электрическая энергия;

ПКЭЭ - показатели качества электрической энергии

СНЭ - система накопления электроэнергии;

АФ - активный фильтр;

СТАТКОМ - статический компенсатор;

ЭМС - электромагнитная совместимость;

БР - буферный реактор;

УР - уравнительный реактор;

МП - многоуровневый преобразователь;

АБ - аккумуляторная батарея;

СК - суперконденсатор;

СПП - силовые полупроводниковые приборы; ЗПТ - звено постоянного тока; АИН - автономный инвертор напряжения; АВН - активный выпрямитель напряжения; ИН - инвертор напряжения;

ВШИМ - векторная широтно-импульсная модуляция;

КСК - комбинации состояний ключей

СШИМ - скалярная широтно-импульсная модуляция;

ПИП - первичный источник питания; ОГ - основные гармоники; ВГ - высшие гармоники; УТ - уравнительный ток;

УТНП - уравнительный ток нулевой последовательности; КУТ - коммутационный уравнительный ток; ОВК - обобщенный весовой коэффициент.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многоуровневые полупроводниковые преобразователи с параллельным включением для активных фильтров и систем накопления энергии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы и степень её проработанности

В настоящее время силовые полупроводниковые преобразователи становятся неотъемлемой частью современных систем преобразования электрической энергии. При этом энергоэффективность полупроводниковых преобразователей (ПП) становится все более востребованной. Связано это во многом с неуклонным ростом потребления электроэнергии в мире. Рост потребления электроэнергии в условиях истощающихся запасов углеводородного топлива - это один из факторов, который ведет к росту цен на энергоносители. Пока альтернативные источники энергии не получили достаточно широкого распространения наиболее рациональный путь экономии средств на электроэнергии - это повышение эффективности её генерации, распределения и потребления [6, 8].

Согласно статистическим данным за 2009 год, около 50% потребляемой электроэнергии в России приходится на промышленные предприятия. На сегодняшний день предприятия различных отраслей промышленности используют оборудование, которое является нелинейным потребителем электрической энергии. Однако потребление электрической энергии с низкими показателями качества негативно сказывается на производственной деятельности предприятия. Потребление электрической энергии с низкими показателями приводит к инжекции в сеть электромагнитных помех, высших гармоник, что приводит к искажению формы напряжения. Электромагнитные помехи неблагоприятно влияют на силовые электроустановки, системы автоматики, релейной защиты и прочее оборудование. Это может привести к снижению надежности электроснабжения, увеличению потерь, ухудшению качества и уменьшению количества выпускаемой продукции, в связи с чем, вопрос качества потребляемой электроэнергии является практически значимым для промышленных предприятий [1-4, 112, 113].

Все эти факторы свидетельствуют о необходимости более эффективного распределения и потребления электрической энергии. Один из путей повышения эффективности использования электрической энергии сводится к разработке и внедрению энергоэффективных систем генерирования, распределения и потребления электроэнергии.

В настоящее время экономика России находится в таком положении, что очень сложно найти источники финансирования для замены устаревающего оборудования на электростанциях или на модернизацию имеющегося. Кроме того, развитие инфраструктуры в населенных пунктах, в том числе и мегаполисах, ведет к росту числа потребителей. При этом наблюдается недостаток во вновь введенных в эксплуатацию источниках электроснабжения. В связи с чем возникает необходимость в системах накопления электроэнергии (СНЭ), как системах, которые позволяют повысить эффективность распределения и потребления электроэнергии. Наличие СНЭ позволит, во-первых дать больше времени на модернизацию электростанций, во-вторых замедлит износ генерирующего оборудования [5-9, 22, 75-77].

Среди других систем повышения эффективности распределения и потребления электроэнергии можно выделить активные фильтры (АФ) и статические компенсаторы (СТАТКОМ). Указанные системы преобразования энергии позволяют, в частности, компенсировать негативное влияние нелинейных потребителей на питающую сеть [10-16, 88].

Исследования последних десятилетий показали, что для достижения наибольшей энергетической эффективности систем преобразования энергии для энергетики приемлемы несколько путей, наиболее важными из которых можно отметить следующие [17-21, 23, 24, 27-29, 34-40]:

1. Использование многоуровневых полупроводниковых преобразователей в системах преобразования большой мощности с напряжениями от единиц до десятков киловольт;

2. Использование параллельного соединения полупроводниковых преобразователей для повышения установленной мощности системы;

3. Применение эффективных алгоритмов управления, позволяющих полупроводниковым преобразователям работать в режимах с наилучшими показателями качества.

Использование многоуровневых преобразователей позволяет достичь наибольшей энергоэффективности за счет повышения качества преобразования электрической энергии, снизить массу, габариты и стоимость фильтров в цепях переменного тока. Кроме того, многоуровневые преобразователи позволяют использовать полупроводниковые приборы с меньшим классом по напряжению, соответственно и стоимостью.

Решением задач, связанных с повышением энергетической эффективности различных систем преобразования электрической энергии с использованием полупроводниковых преобразователей в разное время занимались многие отечественные и зарубежные ученые: Г. С. Зиновьев, С. А. Харитонов, В. М. Берестов, А. В. Кобзев, Ю. М. Казанцев, С. В. Брованов, Г. Я. Михальченко, А. Г. Гарганеев, В. Н. Мишин, Н. М. Музыченко, Б. Ф. Симонов, В. Е. Тонкаль, Е. Е. Чаплыгин, А. ИаЬае, N. Се1апоуюЬ, Ь. в. Ргагк}ие1о, Н. Ак^1, 1 Рои, Б. Вогоуеу1сЬ, АпсИег, Б. Коиго, М. МаПпошзЫ, К. воракишаг и др.

Использование параллельного включения полупроводниковых преобразователей имеет ряд преимуществ перед использованием одного преобразователя, в числе которых можно выделить следующие: повышение установленной мощности СНЭ и АФ; повышение надежности; модульное исполнение преобразовательной части систем; повышение качества преобразования электрической энергии.

Современные системы преобразования энергии для энергетики все чаще требуют параллельного соединения преобразователей посредством трансформаторов, что является не самым эффективным решением, поскольку масса, габариты и стоимость такого решения по большей части определяются именно электромагнитными компонентами. Бестрансформаторное параллельное соединение преобразователей с одновременным применением эффективных способов управления позволяет реализовать более компактную и менее дорогую

систему преобразования или накопления электрической энергии, однако требует решения ряда инженерно-технических задач, в числе которых является снижение величины уравнительных токов, повышение коэффициента полезного действия, уменьшение коэффициента гармоник напряжения и тока, решение которых требует качественного анализа электромагнитных процессов.

С учетом вышеизложенных факторов можно сделать вывод о том, что тема диссертационной работы, посвященной анализу электромагнитных процессов в полупроводниковых ПУ для СНЭ и активных фильтров, является актуальной.

Цель диссертационной работы состоит в решении проблемы повышения энергетической эффективности полупроводниковых преобразовательных устройств для систем накопления электрической энергии и активных фильтров.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработка математических моделей многоуровневых полупроводниковых преобразователей, предназначенных для расчета и анализа токов и напряжений в ветвях ПУ с использованием многоуровневых полупроводниковых преобразователей.

2. Получение аналитических соотношений для максимальных значений коммутационных уравнительных токов ПУ в функции числа уровней напряжений и количества 1111.

3. Расчет и анализ энергетических характеристик полупроводниковых преобразовательных устройств.

4. Проведение экспериментальных исследований для верификации теоретически полученных результатов.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач были использованы методы переключающих функций, методы гармонического анализа, теория мгновенной мощности, аналитические методы расчета переходных процессов в электрических цепях. Проверка достоверности полученных теоретических результатов и аналитических соотношений осуществлялась методом компьютерного

моделирования с помощью пакета РомгегБШ и лабораторных макетов двух- и трехуровневого трехфазного преобразователя частоты. Научная значимость и новизна

1. Предложены математические модели полупроводниковых преобразовательных устройств, позволяющие вычислять мгновенные значения токов и напряжений, и основные показатели энергетической эффективности без использования прямых методов расчета и решения дифференциальных уравнений.

2. Предложена методика расчета динамических потерь в ключах многоуровневых полупроводниковых преобразователей при управлении скалярной ШИМ, адаптированная к любому числу уровней напряжения, и позволяющая вычислять мощность динамических потерь с учетом линейно аппроксимированной зависимости энергии от коммутируемого тока в ключе.

3. Предложена схема модульного преобразовательного устройства с улучшенными энергетическими характеристиками на основе многоуровневых полупроводниковых преобразователей с фиксирующими диодами, соединенными в параллель посредством уравнительных реакторов для систем накопления электрической энергии и активных фильтров.

4. Установлена зависимость максимального значения коммутационного уравнительного тока от количества полупроводниковых преобразователей, числа уровней напряжений звена постоянного тока в преобразовательном устройстве, позволяющая более точно определить максимальные значения токов силовых полупроводниковых приборов.

Основные положения, защищаемые автором.

1. Предложенные математические модели многоуровневых

полупроводниковых преобразовательных устройств, позволяют рассчитывать мгновенные значения напряжений, токов, и основных энергетических показателей без привлечения аппарата дифференциальных уравнений.

2. Разработанная методика расчета максимальных значений пульсационной составляющей уравнительных токов многоуровневых преобразователей соединенных в параллель посредством уравнительных реакторов позволяет, в отличие от существующих, вычислять эту составляющую для любого количества преобразователей и любого числа уровней напряжений звена постоянного тока.

3. Новая методика расчета динамических потерь в силовых полупроводниковых приборах многоуровневых преобразователей, по сравнению с известными, позволяет реализовать расчет потерь мощности при коммутациях для любого числа уровней напряжений и не требует использования сложных аналитических соотношений.

4. Результаты расчета энергетических характеристик полупроводниковых преобразовательных устройств с использованием многоуровневых преобразователей с фиксирующими диодами в виде зависимостей КПД от количества полупроводниковых преобразователей (1111) в составе преобразовательного устройство (ПУ) и частоты ШИМ, коэффициента гармоник фазного ступенчатого напряжения ПУ в зависимости от глубины модуляции и количества ПП показывают, что предложенная схема ПУ позволяет повысить КПД от 0,5 до 3% и уменьшить коэффициент гармоник фазного ступенчатого напряжения в 4-5 раз.

Практическая ценность работы

1. Математические модели, позволяющие вычислять основные энергетические характеристики ПУ с использованием многоуровневых преобразователей использовались при выполнении НИР по разработке эффективных накопителей электрической энергии с использованием многоуровневых полупроводниковых преобразователей.

2. Предложена инженерная методика расчета максимальных значений коммутационных уравнительных токов ПУ с произвольным количеством многоуровневых 1111.

3. Полученные характеристики для КПД и коэффициента гармоник напряжения показывают, что преобразовательное устройство целесообразно реализовывать на базе нечетного количества параллельно соединенных полупроводниковых преобразователей.

4. Полученные теоретические и практические результаты используются в учебном процессе при подготовке инженеров, магистрантов и аспирантов в области энергетической электроники.

Реализация результатов работы

Основные научные положения диссертационной работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований были использованы по заказу ряда предприятий, таких как ФГУП ПО «СЕВЕР» и компания «ОЛЬДАМ», что отражено в прилагаемых актах внедрения.

Теоретические и практические наработки по математическому, компьютерному моделированию, а также анализу энергетических характеристик используются в учебном процессе при подготовке магистрантов по направлению «Промышленная электроника и микропроцессорная техника».

Связь диссертационных исследований с научно-техническими программами и проектами.

Исследования по диссертационной работе выполнялись в рамках следующих программ:

1. Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы». Научно исследовательские работы по лоту 2011-1.6-516-015, «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области создания эффективных накопителей электрической энергии для нужд централизованной и автономной энергетики» по теме «Разработка и создание эффективных накопителей электрической энергии на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей и аккумуляторных батарей». Государственный контракт №16.516.11.6035 от 21 апреля2011 г.

2. Государственный контракт №13.G36.31.0010 от 22.10.2010, «Исследование, разработка и организация промышленного производства механотронных систем для энергосберегающих технологий двойного назначения».

3. Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы». Выполнение НИР по теме «Разработка энергоэффективных накопителей электрической энергии на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей для интеллектуальных энергетических сетей». Соглашение №14.132.21.1755 от 01.10.2012.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных научных конференциях и семинарах: International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM-2009, EDM-2010, EDM 2012; 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2009; XI Международная научно-техническая конференция «Проблемы современной электротехники 2010»; International Conference on Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering Sibircon-2010; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», НТИ-2010; 3rd International Youth Conference on Energetics, IYCE 2011; Международная научно-техническая конференция «Силовая Электроника и Энергоэффективность» СЭЭ-2011, СЭЭ-2012; IEEE EUROCON Conference 2013; 15th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE-2013. Публикации

По теме диссертационной работы было опубликовано 21 работа, включая 5 в журналах из перечня ВАК.

Структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 204 страницах основного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 126 наименований, содержит 120 рисунков, 21 таблицу.

Первая глава посвящена проведению аналитического обзора преобразовательных устройств для электроэнергетики и постановке задач исследований.

Приводится краткий обзор элементной базы полупроводниковых преобразователей.

Сформулировано определение преобразовательного устройства и его топологии, а также приведена классификация топологий преобразовательных устройств (ПУ) для нужд электроэнергетики.

Вторая глава посвящена созданию математической модели преобразовательного устройства с использованием многоуровневых преобразователей с фиксирующими диодами.

Кратко изложены исходные положения математического моделирования на основе методов переключающих функций, гармонического анализа.

Представлено математическое описание отдельных цепей ПУ, позволяющее рассчитать мгновенные значения токов и напряжений, их интегральные параметры и основные энергетические характеристики.

Третья глава посвящена расчету и анализу основных энергетических характеристик преобразовательных устройств с использованием многоуровневых преобразователей с фиксирующими диодами.

В главе проведен анализ коэффициентов гармоник напряжения, коэффициента полезного действия в зависимости от количества 1111 в составе ПУ, частоты ШИМ и глубины модуляции.

В Четвертой главе представлены результаты компьютерного моделирования ПУ для верификации результатов, полученных на математических моделях.

В Пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований с целью верификации теоретических наработок диссертационной работы.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

1.1 Предпосылки применению энергосберегающих устройств силовой электроники в электроэнергетике

Силовые полупроводниковые преобразователи на сегодняшний день становятся неотъемлемой частью систем преобразования электрической энергии (ЭЭ) для различных отраслей промышленности. Это связано, в первую очередь с неуклонным ростом потребления электроэнергии в мире из года в год. Согласно статистическим данным международного энергетического агентства (МЭА) на 2009г, объем мирового энергопотребления составил приблизительно 16,8-1012кВт-ч. Из них 42% приходится на промышленные предприятия. В

России этот показатель составляет 49,6% [112, 113].

Предприятия различных отраслей промышленности используют оборудование, которое является нелинейной нагрузкой для электрической сети. Вентильный электропривод, электротехнологические установки, рудно-термические печи и сварочные аппараты: все перечисленное оборудование обладает энергетическими показателями, не соответствующими современным нормам качества потребления электрической энергии [1-4]. Основной причиной сложившейся ситуации является тот факт, что в период бурного развития промышленных предприятий вопросам качества электрической энергии уделялось минимум внимания вплоть до середины 60х годов, когда в СССР появился первый стандарт по качеству ЭЭ [72]. Однако, потребление электроэнергии с низкими, не соответствующими нормам, показателями качества ЭЭ (ПКЭЭ) негативно сказывается на производственной деятельности предприятия. Низкие ПКЭЭ приводят к ухудшению формы напряжения питающей сети, высшие гармоники (ВГ), эмитируемые в сеть нелинейными нагрузками, ухудшают работу силовых установок, релейной защиты и другого оборудования, что, в конечном счете, приводит к снижению производительности

предприятия, т.е. к снижению количества выпускаемой продукции [1,3]. Экономический ущерб предприятиям от потребления ЭЭ с низкими показателями качества дополняется ростом цен на электроэнергию. Поскольку основными энергоносителями на сегодняшний день являются углеводородные ресурсы (нефть, уголь, газ), запасы которых сокращаются, а потребление только растет, то и тарифы на электрическую энергию также неуклонно растут.

Все эти факторы свидетельствуют о необходимости внедрения энергосберегающих технологий в электроэнергетике и на предприятиях. Замена устаревшего оборудования на более современное и эффективное с точки зрения потребления электроэнергии - задача, которая требует серьезных инвестиций. С другой стороны, разработка устройств коррекции качества потребляемой электроэнергии выглядит более целесообразным вложением на данном этапе развития экономики. На сегодняшний день для повышения качества электрической энергии при её распределении, транспортировке и потреблении используют следующие системы преобразования ЭЭ:

- система накопления электроэнергии (СНЭ), которая представляет собой устройство, накапливающее энергию в каком-либо виде (механическом, электрическом, электрохимическом, тепловом и т.д.), и с помощью соответствующей системы преобразования энергии, преобразует её в электрическую [5-8, 14, 75-82];

- активные фильтры (АФ) и статические компенсаторы (СТАТКОМ) -устройства, позволяющие минимизировать негативное влияние на питающую сеть нелинейных и несимметричных потребителей, компенсировать влияние импеданса линии электропередач и регулировать напряжение [10-16, 30-35].

Указанные системы преобразования ЭЭ должны обладать высокой энергетической эффективностью чтобы потери в самой системе и затраты на её эксплуатацию не перекрывали экономию средств от потребления электроэнергии с высокими показателями качества В диссертации энергоэффективность будем описывать следующими энергетическими показателями:

- Коэффициенты гармоник тока и напряжения;

- Интегральный коэффициент гармоник напряжения;

- Коэффициент полезного действия;

Энергетическая эффективность перечисленных выше систем преобразования электроэнергии определяется силовыми полупроводниковыми преобразователями (1111), на базе которых она построена. В свою очередь эффективность 1111 определяется его элементной базой, схемотехникой, режимом работы и алгоритмом управления.

1.2 Элементная база полупроводниковых преобразователей

С 50-х до середины 90-х годов прошлого столетия основными полупроводниковыми приборами для элементной базы силовых 1111 являлись тиристоры, симисторы и диоды. Тиристоры являются многослойными вентилями с неполным управлением, и применяются до сих пор в 1111 большой мощности (1MBА и выше). Неполное управление является недостатком тиристоров. Оно обусловлено тем, что включаются вентили напряжением на управляющем электроде, а для выключения нужно сменить полярность анодного напряжения. Другим недостатком тиристоров является их ограниченное быстродействие (частота коммутации не более 1кГц) и ограничение по скорости нарастания анодного тока. В середине 90-х годов прошлого века появились новые, полностью управляемые полупроводниковые приборы - это запираемые тиристоры (GTO); тиристоры, коммутируемые по управляющему электроду (IGCT); тиристоры с полевым управлением (МСТ); биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и полевые транзисторы с изолированным затвором. Силовые транзисторы обоих типов в настоящее время широко применяются в преобразователях малой (до 5кВА) и средней мощности (до 1MB А). В отличие от тиристоров, транзисторы не требуют наличие снабберов, обладают лучшей динамикой и выделяют меньше потерь мощности [72]. Современные силовые транзисторы IGBT и MOSFET могут коммутироваться с частотой до 150кГц.

Перспективным решением для элементной базы силовых полупроводниковых приборов в последние годы становится использование карбида кремния (SiC). Полупроводниковые приборы на основе этого материала обладают повышенным быстродействием, более высокой предельной температурой (до 400°С), меньшими потерями мощности, соответственно меньшими требованиями к системе охлаждения по сравнению с традиционными кремниевыми транзисторами и диодами. Соответственно полупроводниковый преобразователь на карбид-кремниевых приборах будет обладать более высокой энергетической эффективностью по сравнению с преобразователем на кремниевых приборах при прочих равных условиях [114-116].

1.3 Топологии преобразовательных устройств для электроэнергетики

Под преобразовательным устройством (ПУ) будем понимать совокупность полупроводниковых преобразователей, промежуточных звеньев связи с сетью, нагрузкой или 1111 друг с другом и систему управления этими преобразователями. Под топологией ПУ будем понимать схему расположения и соединения элементов силовой части ПУ.

На сегодняшний день известно множество топологий преобразовательных устройств для нужд электроэнергетики. Среди них выделим несколько групп по следующим классификационным признакам: 1. По способу подключения к сети:

a. С подключением к сети через буферные реакторы (БР), рис. 1.1, а;

b. С подключением к сети с использованием LC фильтра, рис. 1.1,6;

c. С подключением к сети через LCL-фильтр, рис. 1.1, в;

d. С гальванической изоляцией преобразователя от сети посредством

трансформатора, рис. 1.1, г.

К первой и третьей группам ПУ относятся устройства, работающие в режиме активного выпрямителя напряжения (АВН). Фильтр LC используется при

подключении к сети преобразователей тока [91-93]. В случае, когда требуется более надежная развязка выходного импеданса преобразователя и импеданса сети, т.е. ослабление зависимости работы преобразователя от параметров сети используют фильтр третьего порядка {ЬСЬ- фильтр) [94-96].

сеть

ач-

Ъ*-с >

БР

Полупроводниковый преобразователь

Л,

сеть |

1С фильтр

"Полупроводниковый преобразователь

Ь^тШлХ

жт

* /

а)

б)

ЬСЬ фильтр

Полупроводниковы и -

1 ; -лит

преобразователь

1 Ж \ =

С =г

в;

г;

Рис. 1.1. Способы подключение ПП к сети

Трансформатор используется в ПУ в качестве способа подключения к сети ПП, когда требуется обеспечить гальваническую развязку сети и полупроводникового преобразователя, или когда ПУ является последовательным активным фильтром и трансформатор включается в разрыв фазной линии сети [72, 87, 88].

2. По количеству ступеней преобразования напряжения ПП:

a. ПУ с непосредственным преобразованием частоты (НПЧ);

b. ПУ с промежуточным звеном постоянного тока;

c. ПУ с промежуточным звеном переменного тока;

с1. ПУ с однократным преобразованием электроэнергии (выпрямители и инверторы).

Первые две группы устройств выполняют преобразование переменного тока в переменный (АС-АС). К первой группе относятся циклоконвертеры и матричные преобразователи. В электроэнергетике НПЧ могут использоваться в СНЭ с маховым колесом [22]. Вторая группа ПП включает в себя топологии на основе выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора. ПУ с промежуточным звеном переменного тока применяются в тех случаях, когда требуется гальваническая развязка с помощью трансформатора высокой частоты. Высокочастотный трансформатор обладает лучшими массогабаритными показателями по сравнению с трансформатором, работающим на частоте основной гармоники напряжения сети [90]. ПУ с промежуточным звеном переменного тока используются в СНЭ на базе аккумуляторных батарей (АБ) или суперконденсаторов (СК) [8].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дыбко, Максим Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жежеленко И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях / И. В. Жежеленко, Ю. Л. Саенко - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 252 с.

2. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Госстандарт, 1998.

3. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий / И. В. Жежеленко - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 160 с.

4. Железко Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю. С. Железко -М.: ЭНАС, 2009.-456 с.

5. Andreas Oberhofer. Energy Storage Technologies & Their Role in Renewable Integration [электронный ресурс] / Andreas Oberhofer // режим доступа: http://www.ourenergypolicy.org/wp-content/uploads/2012/09/Energy-Storage-Technologies .pdf.

6. Renewables 2012. Global Status Report. Online document [электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www.map.ren21.net/GSR/GSR2012_low.pdf.

7. Jim Eyer. Energy Storage for the Electricity Grid: Benefits and Market Potential Assessment Guide / Jim Eyer, Garth Corey. - SANDIA REPORT SAND2010-0815 Unlimited Release. - February 2010. - P. 232.

8. Michael B. The Balance of Renewable Sources and User Demands in Grids: Power Electronics for Modular Battery Energy Storage Systems / B. Michael, T. Stephan, Rik W. De Doncker // IEEE Transactions On Power Electronics. - 2010. - Vol. 25. - No. 12. - P 3049-3056.

9. Vazquez S. Energy Storage Systems for Transport and Grid Applications / S. Vazquez, Srdjan M. Lukic, E. Galvan, L. G. Franquelo // IEEE Trans, on Industrial Electronics.-2010.-vol. 57.-No. 12-P. 3881-3895.

10. Massoud A. M. Three-Phase, Three-Wire, Five-Level Cascaded Shunt Active Filter for Power Conditioning, Using Two Different Space Vector Modulation Techniques / A. M. Massoud, S. J. Finney, A. J. Cruden, B. W. Williams // IEEE Transactions On Power Delivery. - 2007. - Vol. 22. - No. 4. -P 2349-2361.

11. Mohan D. Harmonic Compensation Using Eleven Level Shunt Active Filter / D. Mohan, P. Ganesan // Proc. of Second International conference on Computing, Communication and Networking Technologies. - 2010. - P. 1-6.

12. Rani K. S. Multilevel Shunt Active Filter based on Sinusoidal Subtraction Methods under Different Load Conditions / K. S. Rani, K. Porkumaran // International Conference on Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering Sibircon-2010. - Irkutsk Listvyanka, Russia, July 11 -15.-P. 692-697.

13. Chellammal N. Realization of Three Phase Cascaded H-Bridge Multi-Level Inverter as Shunt Active Filter / N. Chellammal, R. Gurram, K. N. V. Prasad // International Conference on Energy, Automation, and Signal (ICEAS), Bhubaneswar, Odisha. - 2011. - P. 1-4.

14. Connolly D. An investigation into the energy storage technologies available, for the integration of alternative generation techniques [электронный ресурс] / David Connolly, режим доступа:

http://www.iwea.com/index.cfm/page/technologicaldevelopments?twfld=42&do wnload=true.

15. Amini J. Flying Capacitor Multilevel Inverter Based Shunt Active Power Filter with Trifling Susceptibility to Divisional Voltages Deregulation / J. Amini // 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), Rome.-2011.-P. 1-5.

16. Akagi H. Control and Performance of a Transformerless Cascade PWM STATCOM With Star Configuration / H. Akagi, S. Inoue, T. Yoshii // IEEE Transactions On Industry Applications. - 2007. - Vol. 43. - No. 4. - P. 10411049.

17. Yano M. History of Power Electronics for Motor Drives in Japan [электронный ресурс] / M. Yano, S. Abe, E. Ohno Режим доступа: www.ieeeghn.org/wiki/images/4/49/Yano2.pdf.

18. Celanovich N. Neutral-Point-Clamped voltage Source PWM Inverters / N. Celanovich, D. Boroyevich // IEEE Trans, on Power Electronics. - 2000. - vol. 15.-No. 2.-P. 242-249.

19. Franquelo L. G. The Age of Multilevel Converters Arrives / L. G. Franquelo, J. Rodriguez, J. I. Leon, S. Kouro, R. Potillo, M. A. M. Prats // IEEE Industrial Electronics Magazine. - June 2008. - P. 28-39.

20. Kouro S. Recent Advances and Industrial Applications of Multilevel Converters / S. Kouro, M. Malinowski, K. Gopakumar, J. Pou, L. G. Franquelo, B. Wu, J. Rodriguez, M. A. Perez, J. I. Leon // IEEE Transactions On Industrial Electronics. - August 2010. - vol. 57. - No. 8. - P. 2553-2580.

21. Daher S. Multilevel Inverter Topologies for Stand-Alone PV Systems / S. Daher, J. Schmid, F. L. M. Antunes // IEEE Trans, on Industrial Electronics. - July 2008. -vol. 55. -No 7. -P. 2703-2712.

22. Barnes F. S. Large Energy Storage Systems Handbook / F. S. Barnes, J. G. Levine // CRC Press. - 2011. - P. 236.

23. Maharjan L. Active-Power Control of Individual Converter Cells for a Battery Energy Storage System Based on a Multilevel Cascade PWM Converter / L. Maharjan, Y. Tsukasa, H. Akagi // IEEE Trans, on Power Electronics (preprint). -July 2010.-issue 99.-P. 9.

24. Akagi H. A 6.6-kV Transformerless STATCOM Based on a Five-Level Diode-Clamped PWM Converter: System Design and Experimentation of a 200-V 10-kVA Laboratory Model / H. Akagi, H. Fujita, S. Yonetani, Y. Kondo // IEEE Transactions on Industry Applications. - March/April 2008. - Vol. 44. - No. 2. -P. 672-680.

25. Pou J. Voltage Balance Limits in Four-Level Diode-Clamped Converters With Passive Front Ends / J. Pou, R. Pindado, D. Boroyevich // IEEE Trans, on Industrial Electronics. - Feb. 2005. - vol. 52.-No. l.-P. 190-196.

26. Celanovic N. A Comprehensive Study of Neutral-Point Voltage Balancing Problem in Three-Level Neutral-Point-Clamped Voltage Source PWM Inverters / N. Celanovic, D. Boroyevich // IEEE Transactions On Power Electronics. -March 2000. - Vol. 15. - No. 2. - P. 242-249.

27. Pirouz H. M. New transformerless STATCOM topology for compensating unbalanced medium-voltage loads / H. M. Pirouz, M. T. Bina // 13th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE '09. - 2009. - P. 1-9.

28. Zhang H.B. Operation of a three-level NPC active power filter with unbalanced and nonlinear loads / H.B Zhang, S. J. Finney, A. M. Massoud, J. E. Fletcher, B. W. Williams // Proc. of 4th IET Conference on Power Electronics, Machines and Drives.-2008.-P. 22-26.

29. Grain. P. A. Transformerless STATCOM based on a five-level modular multilevel converter / G. P. Adam, O. Anaya-Lara, G. Burt, J. McDonald // 13th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE '09. - 2009. -P. 1-10.

30. Varma R. K. Optimal 24-hr Utilization of a PV Solar System as STATCOM (PV-STATCOM) in a Distribution Network / R. K. Varma, B. Das, I. Axente, T. Vanderheide // Proc. of Power and Energy Society General Meeting. - 2011. - P. 1-8.

31. Li K. Strategies and Operating Point Optimization of STATCOM Control for Voltage Unbalance Mitigation in Three-Phase Three-Wire Systems / K. Li, J. Liu, Z. Wang, B. Wei // IEEE Transactions On Power Delivery. - January 2007. -Vol. 22.-No. 1.-P. 413-422.

32. Chen J. Analysis and Implement of Thyristor-based STATCOM / J. Chen, S. Song, Z. Wang // International Conference on Power System Technology. - 2006. -P. 1-5.

33. Ferreira F. A Control Strategy for a Three-Phase Four-Wire Shunt Active Filter / F. Ferreira, L. Monteiro, J. L. Afonso, C. Couto // Proc. of 34th Annual Conference on Industrial Electronics, IECON. - 2008. - P. 411-416.

34. Al-Zamil A. M. A Passive Series, Active Shunt Filter for High Power Applications / A. M. Al-Zamil, D. A. Torrey // IEEE Transactions on Power Electronics.-January 2001.-Vol. 16.-No. 1.-P. 101-109.

35. Asadi M. Compensation of Unbalanced Non Linear Load and neutral currents using stationary Reference Frame in Shunt Active Filters / A. Jalilian, H. F. Farahani // 14th International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP. - 2010. - P. 1-5.

36. Zhengping X. STATCOM Control and Operation with Series Connected Transformer Based 48-pulse VSC / X. Zhengping, S. Bhattacharya // Proc. of 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON. -2007.-P. 1714-1719.

37. Singh B. Static synchronous compensators (STATCOM): a review / B. Singh, R. Saha, A. Chandra, K. Al-Haddad // IET Power Electron. - 2009. - Vol. 2. - Issue 4.-P. 297-324.

38. Харитонов С.А. Интеллектуальные системы электроснабжения для небольших населенных пунктов / С. А. Харитонов, М. В. Рябчинский, С. В. Воробьева, В. В. Калинин // Техн. електродинамша. Тематический выпуск. -2010.-С. 32-37.

39. Matsui К. A Technique of Parallel-Connections of Pulsewidth Modulated NPC Inverters by Using Current Sharing Reactors / K. Matsui, M. Asao, F. Ueda, K. Tsuboi, K. Iwata // Proceedings of the IECON '93, International Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation. - 1993. - P. 1246-1251.

40. Matsui K. Application of Parallel Connected NPC-PWM Inverters with Multilevel Modulation for AC Motor Drive / K. Matsui, Y. Kawata, F. Ueda // IEEE Transactions On Power Electronics. - September 2000. - Vol. 15. - No. 5. -P. 901-907.

41. Jiang Y. Control of Circulating Current in Parallel Three-Phase Inverter in MW Wind Power System / Y. Jiang, S. Xiong, S. D. Huang, K. Y. Huang, L. Xiao // International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS. - 2010. -P. 133 - 136.

42. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электрической энергии для автономных объектов // монография. -Новосибирск: изд-во НГТУ. - 2011. - 536с.

43. Matsui К. Novel Modulation Strategies of Parallel Connected NPC-PWM Inverters for AC Motor Drives / K. Matsui, F. Ueda, Y. Kawata, K. Tsuboi, K. Iwata // Industry Applications Conference, Thirty-First IAS Annual Meeting. -1996.-vol. l.-P. 47-53.

44. Ching-Tsai P. Modeling and Coordinate Control of Circulating Currents in Parallel Three-Phase Boost Rectifiers / P. Ching-Tsai, L. Yi-Hung // IEEE Transactions On Industrial Electronics. - April 2007. - Vol. 54. - No. 2. - P. 825838.

45. Zhihong Y. Control of Circulating Current in Parallel Three-phase Boost Rectifiers / Y. Zhihong, D. Boroyevich, C. Jae-Young, F. C. Lee // Fifteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC. -2000.-vol. l.-P. 506-512.

46. Baumann M. Parallel Connection of Two Three-Phase Three-Switch Buck-Type Unity-Power-Factor Rectifier Systems With DC-Link Current Balancing / M. Baumann, J. W. Kolar // IEEE Transactions On Industrial Electronics. -December 2007. - Vol. 54. - No. 6. - P. 3042-3053.

47. Qian C. Analysis the Cirulating Current of Parallel Converters for Traction system With Long Stator Linear Synchronous Motor. / C. Qian, R. Wei, X. Lv, Q. Ge, Y. Li // Proc. of International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS. - 2011. - P. 1-5.

48. Khan Khadem S. Parallel Operation of Inverters and Active Power Filters in Distributed Generation System: a Review / S. К . Khadem, M. Basu, M. Conlon, // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2011. - vol.15. - P. 51555168.

49. Bao X. Suppressing Switching Frequency Circulating Current in Parallel Inverters with Carrier Phase-Shifted SPWM Technique / X. Bao, F. Zhuo, B. Liu,

Y. Tian // IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE. - 2012. -P. 555 - 559.

50. Yaohua L. The Research on the Zero Sequence Circulating Current Suppression in Parallel Inverters / L. Yaohua, X. Tieyan, M. Fanrong, Y. Jiang, D. Xiaoli // Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, APPEEC. - 2012. - P. 1-5.

51. Chen T. P. Zero-Sequence Circulating Current Reduction Method for Parallel HEPWM Inverters Between AC Bus and DC Bus / T. P. Chen // IEEE Transactions On Industrial Electronics. - January 2012. - Vol. 59. - No. 1. - P. 290-300.

52. Ji S. Control of Circulating Current for Direct Parallel Grid-connected Inverters in Photovoltaic Power Generation / S. Ji, Y. Yong, Q. Chunqing // Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation August 9 - 12,Changchun, China. - 2009. - P. 3805-3810.

53. Liu J. Analysis on Circulating Current of Parallel Inverter with SPWM Modulation for AC Motor Drive / J. Liu, X. Qin, H. Lin, L. Bu // Proceedings of 2012 International Conference on Modeling, Identification and Control, Wuhan, China. - June 24-26 2012. - P. 1080-1086.

54. Hussain E. K. Wide Voltage-Range Parallel Boost Inverters With Reduced Circulating Currents / E. K. Hussain, C. M. Bingham // 5th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives PEMD. - 2010. - P. 1 -5.

55. Ayanol H. A Parallel Matrix Converter System / H. Ayanol, H. Inaba, S. Ogasawara // Proc. Of 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC '06.-2006.-P. 1-7.

56. Cougo B. Parallel Three-Phase Inverters: Optimal PWM Method for Flux Reduction in Intercell Transformers / B. Cougo, T. Meynard, G. Gateau // IEEE Transactions On Power Electronics. - August 2011. -Vol. 26. - No. 8. - P. 21842191.

57. Cougo В. PD Modulation Scheme for Three-Phase Parallel Multilevel Inverters / B. Cougo, G. Gateau, T. Meynard, M. Bobrowska-Rafal, M. Cousineau // IEEE Transactions On Industrial Electronics. - February 2012. - Vol. 59. - No. 2. - P. 690-700.

58. lives K. Circulating Current Control in Modular Multilevel Converters with Fundamental Switching Frequency / K. lives, A. Antonopoulos, L. Harnefors, S. Norrga, H. P. Nee//Proc. of 2012 IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference - ECCE Asia June 2-5 Harbin, China. - 2012. -P. 249-256.

59. Beechner T. Harmonic Cancellation under Interleaved PWM with Harmonic Injection / T. Beechner, J. Sun // Proc. of IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC. - 2008. - P. 1515-1521.

60. Bruckner T. The active NPC converter and its loss-balancing control / T. Bruckner, S. Bernet, H. Guldner // IEEE Trans, on Industrial Electronics, Jun. 2005. - vol. 52. - no. 3. - p. 855-868.

61. Meili J. Optimized pulse patterns for the 5-level ANPC converter for high speed high power applications / J. Meili, S. Ponnaluri, L. Serpa, P.K. Steimer, J.W. Kolar // Proc. of 32nd IEEE IECON, Nov. 6-10. - 2006. - P. 2587-2592.

62. Г. В. Грабовецкий. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты // Электричество. - 1973. - № 6. - с. 42-46.

63. Брованов С.В. Методика расчета токов силовых ключей многоуровневых полупроводниковых преобразователей / С.В. Брованов, М.А. Дыбко // Доклады академии наук высшей школы РФ. - 2011. - №1. - С. 84-94.

64. Dybko М.А. A New Method of Current Calculation in Power Semiconductor Devices of Diode-Clamped Multilevel VSC / M.A. Dybko, S.V. Brovanov // Proc. of 3rd International Youth Conference on Energetics, IYCE, Leiria, Portugal, July 7-9. - 2011. - P. 1 -7.

65. Шрейнер Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями // Екатеринбург: УРО РАН. - 2000. - 654с.

66. Чаплыгин Е.Е. Спектральные модели импульсных преобразователей с переменной частотой коммутации / Е.Е. Чаплыгин, Н. X. Ан // Электричество. - 2006. - №4. - с. 39-46.

67. Qing-Yun М. Analytical calculation of the Average and RMS currents in Three-Level NPC Inverter with SPWM / M. Qing-yun, M. Wei-Ming, S. Chi, J. Guisheng, Q. Wei // 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, IECON. -2009.-P. 248-253.

68. Wang Q. Analysis and Comparison of Conduction Losses in Neutral-Point-Clamped Three-Level Inverter with PWM Control / Q. Wang, Q. Chen, W. Jiang, C. Hu // Proc. of International Conference on Electrical Machines and Systems, Oct. 8-11, Seoul, Korea. - 2007. - P. 143-148.

69. Dybko M.A. Mathematical Models for Analysis of Energy Quality Performance in Three-phase Four-level NPC Converters / M.A. Dybko, S.V. Brovanov, A.V. Geist, V. U. Kostin // Proc. of International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM. - June 30- July 6. - 2010, Altai, Russia. - P. 455-461.

70. Radermacher H. Determination and Comparison of Losses of Single Phase MultiLevel Inverters with Symmetric Supply / H. Radermacher, B. D. Schmidt, R.W. De Doncker // 351h Annual IEEE Power Elecrronics Specialisrs Conference, Aachen, Germany. - 2004. - P. 4428-4433.

71. Andler D. Switching Loss Analysis of Modulation Methods Used in Neutral Point Clamped Converters / D. Andler, S. Kouro, M. Perez, J. Rodriguez, B. Wu // Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE. - 2009. - P. 2565-2571.

72. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. // 4-е изд. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2009. - 672с.

73. Basu. M. Parallel converter scheme for high-power active power filters / M. Basil, S.P. Das and G.K. Dubey // IEE Proc. Electr. Power Appl. - July 2004. - Vol. 151.-No. 4.-P. 460-466.

74. Blaabjerg F. Power Electronics Converters for Wind Turbine Systems / F. Blaabjerg, M. Liserre, K. Ma // IEEE Transactions on Industry Applications. — March/April 2012. - Vol. 48. - No. 2. - P. 708-719.

75. Electrical Energy Storage. White Paper, December 2011 [электронный ресурс] // режим доступа: http://www.iec.ch/whitepaper/pdf/iecWP-energystorage-LR-en.pdf.

76. Hirst E. What is the Correct Time-Averaging Period for the Regulation Ancillary Service? [электронный ресурс]/ Eric Hirst, Brendan Kirby // Oak Ridge National Laboratory. April 2000. Режим доступа: http://cwec.ucdavis.edu/rpsintegration/library/Regulation%20time-averaging%20period%20Apr00%20Hirst%20Kirby.pdf.

77. Kirby B. J. Spinning Reserve from Responsive Loads [электронный ресурс]/ В. J. Kirby // Oak Ridge National Laboratory. Report #ORNL/TM-2003/19. March 2003. Режим доступа: http://certs.lbl.gov/pdf/spinning-reserves.pdf.

78. Li F. F. Evaluation of Distributed Energy Resources for Reactive Power Supply [электронный ресурс]/ F. F. Li, J. Kueck, T. Rizy, T. King, // First Quarterly Report for Fiscal Year 2006. Prepared for the U.S. Department of Energy by Oak Ridge National Laboratory and Energetics, Inc. November 2005. Режим доступа:

http://www.ornl.gov/sci/decc/Background/Reactive%20Power%20Slides.pdf.

79. Kirby В. Ancillary Service Details: Voltage Control [электронный ресурс] / В. Kirby, E. Hirst, O. Ridge National Laboratory Report #ORNL/CON-453. December 1997. Режим доступа: http://www.ornl.org/sci/ees/etsd/pes/pubs/con453.pdf.

80. Lukic S. M. Energy Storage Systems for Automotive Applications / S. M. Lukic, J. Cao, R. C. Bansal, F. Rodriuez, A. Emadi // IEEE Trans, on Industrial Electronics. - June 2008. - vol. 55. - No. 6. - P. 2258-2267.

81. Cheng Y. Multilevel Converters for a STATCOM with Energy Storage / Y. Ching, C. Qian, M. L. Crow, S. Pekarek, S. Atcitty // IEEE Trans, on Industrial Electronics. - Oct. 2006.-vol. 53.-No. 5.-P. 1512-1521.

82. Jayasinghe, S.S. Diode-Clamped Three-Level Inverter-Based Battery/Supercapacitor Direct Integration Scheme for Renewable Energy Systems // IEEE Transactions on Power Electronics. - Dec. 2011. Vol. 26. - Issue 12. — P. 3720-3729.

83. Брованов C.B. Расчет динамических потерь в многоуровневых полупроводниковых преобразователях с емкостным делителем напряжения / С.В. Брованов, М.А. Дыбко // Доклады академии наук высшей школы РФ. -2011.-№2(17).-С. 46-55.

84. Шипачев B.C. Высшая математика: учебное пособие для нематематических специальностей ВУЗов / Под. Ред. Академика А.Н. Тихонова. - 2-е изд., стереотипное. - М.: Высшая школа. - 1990. - 479 с.

85. Бернштейн И. Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.: Энергия. - 1968. - 88с.

86. Yongqing W. Control of Parallel Inverters Based on CAN Bus in Large-Capacity Motor Drives / W. Yongqing, Z. Xiaofeng, Q. Mingzhong, K. Jun // Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, DRPT 2008, 6-9 April 2008. - Nanjing China. - P. 13751379.

87. El-Habrouk M. Active power filters: A review / M. El-Habrouk, M. K. Darwish, P. Mehta // IEE Proc.-Electr. Power Appl. - September 2000. - Vol. 147. - No. 5. -P. 403-413.

88. Akagi. H. Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning / H. Akagi, E.H. Watanabe, M. Aredes // IEE Press, John Wiley and Sons Inc. 2007.-P. 389.

89. Nabae A. A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter / A. Nabae, I. Takahashi, H. Akagi // IEEE Transactions On Industry Applications. - September/October 1981.-Vol. IA-17. - No. 5.-P. 518-523.

90. Тонкаль В.Е. Полупроводниковые преобразователи модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты / В. Е. Тонкаль, Л. П. Мельничук, А. В. Новосельцев, Ю.И. Дыхненко // Киев: Наук. Думка. -1981.-252 с.

91. Zhu X. A Control Scheme of Current-Source PWM Rectifier with Sliding-Mode Control under Unbalanced Operation Conditions / X. Zhu, H. Li, Y. Peng, X. Shi // Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, DRPT 2008, 6-9 April 2008 Nanjing China.-P. 2121-2126.

92. Wiseman J. C. Active Damping Control of a High-Power PWM Current-Source Rectifier for Line-Current THD Reduction/ J. C. Wiseman, B. Wu // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - June 2005. - Vol. 52. - No. 3. - P. 758764.

93. Zheng H. Current Source Rectifier based on Fuzzy Two Closed loop Control System / H. Zheng, X. Zhou, N. Yang, Y. Ding // International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering, CMCE. - 2010. - P. 103-106.

94. Araujo S. V. LCL Filter design for grid-connected NPC inverters in offshore wind turbines / S. V. Araujo, A. Engler, F. L. Marcelo Antunes // The 7th International Conference on Power Electronics October 22-26, 2007 / EXCO, Daegu, Korea. - P. 1133-1138.

95. Parikshith B.C. Higher Order Output Filter Design for Grid Connected Power Converters / В. C. Parikshith, Dr. Vinod John // Fifteenth National Power Systems Conference (NPSC), IIT Bombay, December 2008. - P. 614-619.

96. Bueno E. J. Current Control of Voltage Source Converters connected to the grid through an LCL-filter / E. J. Bueno, F. Espinosa, F. J. Rodriguez, J. Urena, S. Cobreces // 35th IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference, PESC. -2004.-Vol. l.-P. 68-73.

97. Zaragoza J. A comprehensive study of a hybrid modulation technique for the neutral-point-clamped converter / J. Zaragoza, J. Pou, S. Ceballos, E. Robles, P.

Ibanez, J. L. Villate // IEEE Trans. Ind. Electron. - Feb. 2009. - vol. 56. - no. 2, P. 294-304,.

98. Alonso O. Analysis of neutral-point voltage balancing problem in three-level neutral-point-clamped inverters with SVPWM modulation / O. Alonso, L. Marroyo, P. Sanchis, E. Gubia, A. Guerrero // Proc. IEEE Industrial Electronics Conf. - November 2002. - vol. 2. - P. 920-925.

99. Pou J. New feedforward space-vector PWM method to obtain balanced AC output voltages in a three-level neutral-point-clamped converter / J. Pou, D. Boroyevich, R. Pindado // IEEE Trans. Ind. Electron. - Oct. 2002. - vol. 49. - no. 5.-P. 1026-1034,.

100. Seo J. H. Compensation for the neutral-point potential variation in three-level space vector PWM / J. H. Seo, С. H. Choi // Proc. IEEE Appl. Power Electronics Conf.-Mar. 2001.-vol. 2.-P. 1135-1140.

101.Брованов С. В. Улучшение энергетической эффективности систем генерирования электрической энергии на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей / С. В. Брованов, С. С. Турнаев, М. А. Дыбко // Научный вестник НГТУ. - 2011. - №2(43). - С. 125-134.

102. Брованов С. В. Повышение энергоэффективности многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения / С. В. Брованов, С. А. Харитонов, М. А. Дыбко // Техшчна Електродинамша, тематический выпуск, ч. 1. - 2011г. - С. 119-126.

103. Mohd A. Review of control techniques for inverters parallel operation / A. Mohd, E. Ortjohann, D. Morton, O. Omari // Electric Power Systems Research 80. -2010. -P.1477-1487.

104. Dybko M.A. A power losses calculation in a four-legged three-level voltage source inverter / M. A. Dybko, S.S. Turnaev, S.V. Brovanov // Proc. of International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM, 1-6 July. - 2009, Altai, Russia. - P. 365-369.

105. Зиновьев Г. С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. Методическое руководство к практическим занятиям для

магистрантов и инженеров, ч. 1. / Г. С. Зиновьев, В. А. Клан, А. М. Зимин // Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2005г. - 48с.

106. Thurston R. С. A Simple and Accurate Method of Computing Average and RMS Currents in a Three-phase PWM Inverter / R. C. Thurston, S. F. Legowski // IEEE Transactions on Power Electronics. - April 1993. -Vol. 8. - No. 2. - P. 192-199.

107. Tomta G. Analytical Equations for Three Level NPC Converters / G. Tomta, R. Nilsen // 9th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE-2001. Leoben, Austria. - P. 1-7.

108. Ни B. Study on a novel clamped topology of multilevel converters / B. Hu, G. Xu, M. Zhang, J. Kang, L. Xia // Electric Machines and Drives Conference, IEMDC '09. - 2009. - P. 379-384.

109. Babaei E. A Cascade Multilevel Converter Topology With Reduced Number of Switches / E. Babaei // IEEE Transactions on Power Electronics. - Nov. 2008. -vol. 23.-P. 2657-2664.

110. Kieferndorf F. A new medium voltage drive system based on ANPC-5L technology / F. Kieferndorf, M. Basler, L. A. Serpa, J.-H. Fabian, A. Coccia, G. A. Scheuer // Proc. of IEEE-ICIT, Vina del Mar, Chile. - Mar 2010. - P. 605611.

Ш.Джюджи JI. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение / Л. Джюджи, Б. Пелли // Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат. - 1983. - 400с.

112. Мировая статистика потребления электроэнергии и тепла на 2009г. по данным Международного Энергетического Агентства (International Energy Agency) [электронный ресурс] / режим доступа: http://www.iea.org/stats/prodresult.asp?PRODUCT=Electricity/Heat.

113. Новости портала Big Power Electric: Годовой объем потребления электроэнергии в России в 2010 г увеличится на 0,4% [электронный ресурс] // режим доступа: http://www.bigpowernews.ru/news/documentl5572.phtml.

114. Полупроводниковые приборы компании Infineon на основе карбида кремния [электронный ресурс] / режим доступа: http://www.infineon.com/cms/en/product/discretes-and-standard-products/diodes/silicon-carbide-schottky-

diodes/channel.html?channel=ff80808112ab681d0112ab6a50b304a0.

115. SiC Power Devices and Modules. Application Note [электронный ресурс] / режим доступа:

http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/applinote/discrete/sic/common/sic_ appli-e.pdf.

116. Hangseok Choi. Overview of Silicon Carbide Power Devices [электронный ресурс] / режим доступа:

https://www.fairchildsemi.com/Assets/zSystem/documents/collateral/technicalArt icle/Overview-of-Silicon-Carbide-Power-Devices.pdf.

117. Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники / И.М. Чиженко, B.C. Руденко, И.В. Сенько // М. Высш. Школа. - 1974. - 430с.

118. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники, ч. 3. Методы анализа установившихся и переходных процессов в вентильных преобразователях. Изд-во НЭТИ. - 1975г. - 91с.

119. Поссе А.В. Методы расчета схем выпрямителей и инверторов большой мощности / А.В. Поссе, А.В. Севрюков // Электротехника. - 1973. - №3.

120. Цыпкин Я. 3. Теория линейных импульсных систем // М.: Государственное издательство физико-математической литературы. - 1963г. — 969с.

121. Yao W. Comparisons of Space-Vector Modulation and Carrier-Based Modulation of Multilevel Inverter / W. Yao, H. Hu, Z. Lu // IEEE Transactions On Power Electronics. - January 2008. - Vol. 23. - No. 1. - P. 45-51.

122. Харитонов С. А. Теоретический и практический аспекты реализации векторной ШИМ в трехфазном трехуровневом выпрямителе. /, А. Н. Колесников, С. В. Брованов // Техническая электродинамика, тематический выпуск, ч.2. Киев-2007г-С. 39-44.

123. Харитонов С.А. Система генерирования электрической энергии типа «переменная скорость - постоянная частота» на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и инвертором напряжения / С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, М. А. Маслов, Н. И. Бородин, А. В. Левин, М. М. Юхнин, Э. Я. Лившиц // Электротехника. -2008. - №6. - С. 27-32.

124. Харитонов С.А. Интегральные параметры и характеристики инверторов напряжения в составе систем генерирования переменного тока типа «переменная скорость - постоянная частота» для ветроэнергетических установок // Научный вестник НГТУ, Новосибирск. - 1999. - №2(7). - С. 92120.

125. Кобзев A.B. Модуляционные источники питания РЭА/ A.B. Кобзев, Г.Я. Михальченко, Н.М. Музыченко. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990.-336с.

126. A.c. 1065833 СССР, МКИ G05F 1/24. Устройство для регулирования переменного напряжения / А. В. Кобзев, Г. Я. Михальченко, B.C. Мишуров, В. Д. Семенов. - Опубл. 1983г.

"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор по учебной работе Новосибирского государственного

СПРАЬлл

об использовании в учебном процессе результатов диссертационной работы Дыбко М.А.

Мы, нижеподписавшиеся, декан факультета радиотехники и электроники, д.т.н., профессор Хрусталев В.А., зав. кафедрой электроники и электротехники д.т.н., проф. Харитонов С.А. подтверждаем, что результаты диссертационной работы Дыбко М.А. на тему «Многоуровневые полупроводниковые преобразователи с параллельным включением для активных фильтров и систем накопления энергии», используются при чтении лекций по курсу «Энергетическая электроника» для студентов по направлению «Электроника и наноэлектроника», профиль «Промышленная электроника».

Декан РЭФ, д.т.н.,

профессор

Заведующий кафедрой Электроники и электротехники, д.т.н., проф.

УТВЕРЖДАЮ

УТВЕРЖДАЮ

Проректор НГТУ по научной работе

У/ 2013 г.

о внедрении результатов диссер

Н.Н. Вагин

г.

Мы, нижеподписавшиеся, главный конструктор ФГУП ПО «СЕВЕР» С.Н. Завертан и заместитель главного конструктора ФГУП ПО «СЕВЕР» Машинский В.В., и представители НГТУ научный руководитель, д.т.н, доцент С. В. Брованов, заведующий кафедрой «Электроники и электротехники», д.т.н., профессор С. А. Харитонов подтверждаем, что результаты диссертационной работы Дыбко М.А. «Исследование параллельной работы многоуровневых полупроводниковых преобразователей для активных фильтров и систем накопления энергии» используются в проводимых работах по проектированию систем электроснабжения самолетов нового поколения, в том числе в рамках договора №13.636.31.0010 между ФГУП ПО «СЕВЕР» и Министерством образования и науки РФ на тему «Исследование, разработка и организация промышленного производства механотронных систем для энергосберегающих технологий двойного назначения» от 22 октября

Предложенные в диссертационной работе Дыбко М.А. математические модели, описывающие электромагнитные процессы в преобразовательных устройствах на базе параллельного соединения многоуровневых полупроводниковых преобразователей, результаты расчета и анализа показателей энергетической эффективности, результаты аналитического расчета максимальных значений коммутационных уравнительных токов

2010г.

были использованы при разработке выходного инвертора преобразователя частоты для автономной системы электроснабжения подвижных объектов.

Главный конструктор ФГУП ПО «СВВЕР»

Завертан/

Зам. главного ко!

уктора,

/В.В. Машинский/

Зав. кафедрой^

проф.

/С. А. Харитонов/

Научный руководитель, д.т.н., доц.

/С.В. Брованов/

УТВЕРЖДАЮ Директор филиала ООО «Ольдам»

о ВНовосибиРске

Якутии P.A. «г» » _2013 г.

i " " / f

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Дыбко М.А.

Мы, нижеподписавшиеся, главный инженер ООО «Ольдам», к.т.н., Стенников A.A. и заведующий кафедрой «Электроника и электротехника» Hl ГУ, д.т.н., проф. Харитонов С. А. подтверждаем, что результаты диссертационной работы Дыбко М.А. «Исследование параллельной работы многоуровневых полупроводниковых преобразователей для активных фильтров и систем накопления энергии» используются в проводимых работах по проектированию систем накопления электрической энергии нового поколения.

Разработанные математические и имитационные модели многоуровневых полупроводниковых преобразователей позволили с необходимой инженерной точностью оценить коэффициент гармоник входного тока и оптимально подобрать частоту переключения полупроводниковых приборов, сохранив требуемое значение КПД и улучшив, при этом качество потребляемого от сети тока.

Главный инженер ООО «Ольдам», к.т.н.

Заведующий кафедрой ЭЭ, Д.т.н., профессор

УТВЕРЖДАЮ Проректор НГТУ по нагнои PJ ЩШ|проф-

/Стенников A.A./

/Харитонов С.А./