Преглед на топологијата и примената на контролата кај средно-високонапонските електронски трансформатори за енергетска ефикасност III

3.3 Топологија со повеќе нивоа со стегање

Прикажана е повеќеслојна топологија со стегање на неутрална точка (NPC). Освен NPC топологијата со стегање на диоди, NPC топологиите вклучуваат и тип на летачки кондензатор и хибриден тип на стегање, меѓу другите. Сепак, поради големиот волумен на кондензаторот, NPC топологиите сè уште најчесто користат пасивни или активни прекинувачки уреди за стегање. Земајќи ја повеќеслојната топологија со стегање на диоди како пример, во топологија на трифазен исправувачки степен, секоја фазна нога се состои од каскадни прекинувачки транзистори и стегачки диоди, поврзани паралелно со една високонапонска DC шина. Во литературата е предложена еднофазна PET топологија со исправувачки степен со користење на коло со стегање на диоди со четири нивоа. Една високонапонска DC шина е проследена со DAB паралелни влезно-сериски-излезни, како што е прикажано. Оваа топологија може да се прошири во трифазна структура, а бројот на нивоа на напон може да се менува врз основа на нивоата на издржлив напон на уредот и нивото на напон на високонапонската страна. Како и MMC топологијата, NPC топологијата може да се примени и во фазата на изолација, поврзувајќи ја високонапонската DC шина со Трансформатор за изолација, како што е прикажано. Во литературата е применет тристепен NPC конвертор со диодна стега на високонапонската страна на LLC резонантен конвертор, проверувајќи го на прототип од 166kW/2kV~400V. Во литературата е применет тристепен NPC коло со диодна стега на трифазен DAB, постигнувајќи идеални карактеристики на DAB напон и струја.

Кога NPC топологијата се користи како исправувачка фаза, таа не бара изолирани DC шини, со што се намалува бројот на трансформатори на изолациона фаза. Понатаму, во трифазните структури, нема двојна линиска фреквенција на напонот на шината. Меѓутоа, бидејќи стегната топологија бара голем број уреди за стегање, бројот на уреди за стегање се зголемува со зголемувањето на бројот на нивоа, што го отежнува проширувањето на нивоата и го отежнува постигнувањето на редундантност. Во однос на контролата, струите што течат во секој кондензатор на шината на NPC конверторот се различни, што доведува до нерамнотежа на напонот на кондензаторот. За NPC топологии над три нивоа, не постои ефикасен алгоритам за балансирање на напонот. Дополнително, неконзистентните времиња на работа на прекинувачите во и надвор од краците доведуваат до нерамномерно загревање, што може да се реши само со промена на целокупната топологија на колото.

Бројните тешкотии предизвикани од проширувањето на нивоата значат дека NPC топологиите можат да се применат само на средни/високи напонски нивоа преку сериско поврзување на уредите или употреба на високонапонски SiC уреди. Сепак, на пониски напонски нивоа, во споредба со топологијата со еден H-мост, NPC со три нивоа има само половина од отпорноста на напонот и напонскиот стрес на секој прекинувачки транзистор, додека произведува повеќе напонски нивоа, што резултира со помали барања за филтрирање на излезот. Има значителни предности во примената како инвертерска фаза на нисконапонската страна на PET. На пример, во литературата се користи NPC со три нивоа со стегање диоди како инвертерска фаза на PET за погон на трифазен мотор, спроведувајќи експериментална верификација и постигнувајќи добри перформанси на погонот на моторот и перформанси на бучава.