Использование трехуровневой топологии инверторов в активных выпрямителях напряжения и фильтрах

В настоящее время существенно изменился характер потребления электрической энергии в промышленном и бытовом секторе. Это связано с широким применением полупроводниковых преобразователей энергии и других нелинейных нагрузок, которые наряду с потреблением реактивной мощности генерируют в сеть переменного тока высшие гармоники. Поэтому актуальными являются вопросы обеспечения электромагнитной совместимости новых устройств и компенсации влияния существующих. Тем более, что ужесточаются и требования стандартов [1, 2]. В последнее время решение этих вопросов связывают с использованием активных выпрямителей напряжения (АВН), которые обеспечивают синусоидальную форму тока, потребляемого из сети при регулируемом коэффициенте мощности, и параллельных активных фильтров (АФ), обеспечивающих подавление высших гармоник тока и компенсацию реактивной мощности в точке подключения к сети. На данный момент времени доминирующими являются решения АВН и АФ на базе схемы трехфазного мостового двухуровневого автономного инвертора напряжения (АИН). В настоящее время фирмой «Semikron» и другими серийно выпускаются трехуровневые силовые модули на IGBT (на ток 400А, 600-1200 В). Они имеют меньшие потери энергии [3] в сравнении с двухуровневыми. Это особенно проявляется с увеличением частоты переключения. При вдвое большем количестве ключей стоимость таких модулей примерно такая же, как и двухуровневых. Это обстоятельство открывает широкие перспективы для их низковольтных применений. Вместе с тем, вопросы использования в АВН и АФ трехуровневой топологии инверторов на данный момент времени изучены недостаточно и мало представлены в отечественной литературе. Цель работы. Изучение особенностей использования трехуровневой топологии инверторов в активных выпрямителях напряжения и фильтрах. При этом следует решить следующие задачи:
- сформулировать алгоритм управления ключами трехуровневого инвертора с фиксирующими диодами и системы управления АВН и АФ;
- обосновать выбор параметров схем АВН и АФ на базе трехуровневого АИН (ТАИН);
- разработать математические модели и выполнить исследования предложенных решений.