تپ موازی HVDC بر اساس مبدل ماژولار هیبرید یک طرفه DC–DC
چکیده
در این مقاله، یک تپ موازی HVDC جدید پیشنهاد می شود. پیکره بندی پیشنهادی شامل مبدل ماژولار هیبرید یک طرفه ی DC–DC در کنار یک مبدل منبع ولتاژ برای تبدیل DC-AC جهت تغذیه ی شبکه ی AC محلی متصل به ترمینال های خروجی تپ است. مبدل پیشنهادی DC-DC شامل یک دریچه (valve) ولتاژ بالا و زیر ماژول های نیم پل یک طرفه با اتصال سری است. بر خلاف مفهوم مدار ژنراتور مارکس، مبدل DC-DC در پیکره بندی پیشنهادی با امکان شارژ خازن های سری (خازن های SM) و دشارژ متوالی خازن ها به شکل همزمان حاصل می شود. در مقایسه با مبدل های DC-DC با خازن سوئیچ شده و مبتنی بر ژنراتور مارکس، پیکره بندی پیشنهادی دارای تجهیزات نیمه رسانای کمتری است که این موضوع بر هزینه ی سیستم تاثیر مثبتی داشته و منجر به کاهش پیچیدگی کنترل می شود. تصاویر، نمودار ها و کنترل رویکرد پیشنهادی به صورت تفصیلی ارائه می شوند. نتایج شبیه سازی برای تعیین اعتبار روش پیشنهادی ارائه می گردند.
1. مقدمه
در سیستم های HVDC نقطه به نقطه، سهم کوچکی از کل توان اکتیو (کمتر از 10 درصد توان سیستم HVDC) را می توان برای استفاده ی محلی نواحی روستایی نزدیک به خطوط انتقال HVDC از مدار اصلی HVDC متصل نمود. [1–5].هزینه ی تپ مورد استفاده باید پایین بماند و همچنین در هنگام بروز خطا در اجزای تپ، اثر آن بر مدار اصلی HVDC ناچیز باشد. در نهایت، کنترلر تپ نباید بر کنترلر مدار اصلی HVDC اثر بگذارد. [6] تپ های سری و موازی را می توان برای تپینگ توان های کمتر از مدار اصلی HVDC در سیستم های HVDC نقطه به نقطه استفاده کرد. شکل 1 بهره برداری از هر تپ را نشان می دهد و در آن فرض شده که توان تپ 10 درصد از توان ارسال شده است. بر اساس شکل 1، باید خاطر نشان کرده که در تپ موازی، ولتاژ ورودی مدار تپ موازی ولتاژ DC مدار اصلی HVDC است ( ). این در حالی است که جریان ورودی ان کم است ( ). به عبارت دیگر، جریان ورودی تپ های سری برابر جریان DC مدار اصلی HVDC است ( )، این در حالی است که ولتاژ ورودی نسبتا کم است ( ). بر این اساس، تپ موازی باید بتواند ولتاژ DC کامل مدار اصلی HVDC را تحمل نماید و این منجر به گرانتر شدن تپ می شود. اگرچه تپ موازی قابلیت اطمینان بیشتری دارد. انواع مختلف تپ موازی HVDC در آثار موجود معرفی شده اند. در مرجع 7، انواع مختلف تپ های HVDC بررسی شده اند. ساختار تپ های پیشمهادی در آثار موجود را می توان به چند دسته تقسیم بندی کرد : 1. مبدل DC-AC و یک ترانسفورماتور کم فرکانس کاهنده [5,8,11] و 2. مبدل DC-DC همراه با مبدل منبع ولتاژ فشار ضعیف برای تبدیل DC-AC [12,13].
abstract
In this paper, a new HVDC shunt tap is proposed. The proposed configuration consists of a unidirectional hybrid modular DC–DC converter followed by a voltage source converter for DC–AC conversion to feed a local AC network connected to the tap output terminals. The proposed DC–DC converter consists of a high-voltage valve, and series-connected unidirectional half-bridge Sub-Modules (SMs). Unlike Marx generator circuit concept, the DC–DC conversion in the proposed configuration is achieved by enabling simultaneous charging of series-connected capacitors (i.e. SMs capacitors), and sequential discharging of capacitors. Compared to Marx-generator based switched capacitor DC–DC converters, the proposed configuration has a lower number of semiconductor devices, which affects positively the system cost, and reduces the control complexity. Detailed illustration, design, and control of the proposed approach are presented. Simulation results are presented to validate the proposed approach
1. Introduction
In point-to-point HVDC systems, a small share of the total active power (less than 10% of the HVDC system power) can be tapped from the main HVDC circuit for local use of rural areas near to the HVDC transmission lines [1–5]. The cost of the employed tap should be kept low with a negligible impact on the main HVDC circuit in case of failure/fault in any of the tap components. Finally, the tap controller should not affect the main HVDC circuit controller [6]. Shunt and series taps can be employed for tapping a limited amount of power from the main HVDC circuit in point-to-point HVDC systems. Fig. 1 shows the basic operational concept of each tap assuming that the tap power is 10% of the transmitted power. Based on Fig. 1, it has to be noted that in the shunt tap, the input voltage to the shunt tap circuit is the DC voltage of the main HVDC circuit (vtap ∼= Vdc), while its input current is low (itap = 0.1Idc). On the other hand, the input current of series tap is the DC current of the main HVDC circuit(itap = Idc), while its input voltage is relatively low (vtap ∼= 0.1 Vdc). Based on that, the shunt tap should withstand the full DC voltage of the main HVDC circuit, which makes it more expensive compared with the series tap. However, shunt tap is more reliable. Different types of HVDC shunt tap have been proposed in literature. In Ref. [7], a recent review for different types of HVDC tap has been presented. The construction of main proposed taps in literature can be categorized into (i) a DC–AC converter followed by a step-down low frequency transformer [5,8–11], and (ii) a DC–DC converter followed by a low-voltage voltage source converter for DC–AC conversion [12,13].
چکیده
1. مقدمه
2. تپ موازی HVDC پیشنهادی
2.1. معماری
2.2. مفهوم عملیاتی مبدل DC-DC ماژولار هیبرید یک طرفه
3. تلفات سوئیچینگ IGBT ها
4. کنترل حلقه بسته ی پیکره بندی پیشنهادی
5. طراحی مولفه های پیکره بندی پیشنهادی
5.1. سلف فشار قوی
5.2. خازن های زیرماژول ها
5.3. خازن لینک DC مبدل منبع ولتاژ دو سطحی
5.4. خازن محدود کننده
6. شبیه سازی
7. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. The proposed HVDC shunt tap
2.1. Architecture
2.2. Operational concept of the unidirectional hybrid modular DC–DC converter
3. IGBTs switching losses
4. Closed loop control of the proposed configuration
5. Design of the proposed configuration components
5.1. High-voltage inductor
5.2. Submodules’ capacitors
5.3. DC-link capacitance of two-level VSC
5.4. Limiting resistance
6. Simulation
7. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه