Revisión sobre topoloxía e aplicacións de control de transformadores electrónicos de potencia de media-alta tensión III

3.3 Topoloxía multinivel fixada

Móstrase a topoloxía multinivel con fixación do punto neutro (NPC). Ademais da topoloxía NPC con fixación por díodos, as topoloxías NPC tamén inclúen o tipo de condensador voador e o tipo de fixación híbrido, entre outros. Non obstante, debido ao gran volume de condensadores, as topoloxías NPC aínda usan principalmente dispositivos de conmutación pasivos ou activos para a fixación. Tomando como exemplo a topoloxía multinivel con fixación por díodos, nunha topoloxía de etapa rectificadora trifásica, cada etapa de fase consta de transistores de conmutación en cascada e díodos de fixación, conectados en paralelo a un único bus de CC de alta tensión. A literatura propón unha topoloxía PET monofásica cunha etapa rectificadora usando un circuíto con fixación por díodos de catro niveis. Un único bus de CC de alta tensión é seguido por DAB de entrada-serie-saída-paralelo, como se mostra . Esta topoloxía pódese ampliar a unha estrutura trifásica, e o número de niveis de tensión pódese cambiar en función dos niveis de tensión de resistencia do dispositivo e do nivel de tensión do lado de alta tensión. Do mesmo xeito que a topoloxía MMC, a topoloxía NPC tamén se pode aplicar na fase de illamento, conectando o bus de CC de alta tensión ao transformador de illamento, como se mostra. Na literatura aplicouse un conversor NPC de tres niveis con fixación por díodos ao lado de alta tensión dun conversor resonante LLC, verificándoo nun prototipo de 166 kW/2 kV~400 V. Na literatura aplicouse un circuíto NPC de tres niveis con fixación por díodos a un DAB trifásico, conseguindo unhas características ideais de tensión e corrente DAB.

Cando se emprega a topoloxía NPC como etapa rectificadora, non se requiren barras de CC illadas, o que reduce o número de transformadores da etapa de illamento. Ademais, nas estruturas trifásicas, non hai ondulación de tensión de dobre frecuencia de liña na barra. Non obstante, debido a que a topoloxía con fixación require un gran número de dispositivos de fixación, o número de dispositivos de fixación aumenta a medida que aumenta o número de niveis, o que dificulta a expansión dos niveis e dificulta a consecución da redundancia. En termos de control, as correntes que flúen cara a cada condensador de barra do conversor NPC son diferentes, o que leva a un desequilibrio de tensión do condensador. Para as topoloxías NPC por riba de tres niveis, non existe un algoritmo eficaz de equilibrio de tensión. Ademais, os tempos de funcionamento inconsistentes dos interruptores dentro e fóra dos brazos provocan un quecemento desigual, que só se pode resolver cambiando a topoloxía xeral do circuíto.

As numerosas dificultades causadas pola expansión de niveis significan que as topoloxías NPC só se poden aplicar en niveis de tensión media/alta mediante a conexión en serie de dispositivos ou o uso de dispositivos SiC de alta tensión. Non obstante, a niveis de tensión máis baixos, en comparación cunha soa topoloxía de ponte en H, un NPC de tres niveis só ten a metade da resistencia á tensión e da tensión de tensión en cada transistor de conmutación, mentres que emite máis niveis de tensión, o que resulta en menores requisitos de filtrado de saída. Ten considerables vantaxes de aplicación como etapa inversora no lado de baixa tensión dun PET. Por exemplo, a literatura utilizou un NPC de tres niveis con fixación por díodos como etapa inversora dun PET para controlar un motor trifásico, realizando unha verificación experimental e conseguindo un bo rendemento de accionamento do motor e rendemento de ruído.