Преглед топологије и примене управљања средњенапонских енергетских електронских трансформатора III

3.3 Стегнута вишеслојна топологија

Приказана је вишеслојна топологија са стегнутом неутралном тачком (NPC). Поред NPC топологије са стегнутом диодама, NPC топологије такође укључују тип летећег кондензатора и хибридни тип са стегнутим, између осталог. Међутим, због велике запремине кондензатора, NPC топологије и даље углавном користе пасивне или активне прекидачке уређаје за стезање. Узимајући за пример вишеслојну топологију са стегнутом диодама, у топологији трофазног исправљачког степена, свака фазна грана се састоји од каскадно повезаних прекидачких транзистора и стезних диода, паралелно повезаних са једним високонапонским једносмерним сабирницом. У литератури је предложена једнофазна PET топологија са исправљачким степеном који користи коло са стегнутом диодама са четири нивоа. Један високонапонски једносмерни сабирни део прате улазно-серијски-излазно-паралелни DAB-ови, као што је приказано. Ова топологија се може проширити у трофазну структуру, а број нивоа напона се може мењати на основу нивоа напона које уређај може да поднесе и нивоа напона на страни високог напона. Као и MMC топологија, NPC топологија се може применити и у фази изолације, повезујући високонапонски једносмерни сабирни део са... Изолациони трансформатор, као што је приказано. У литератури је примењен тростепени диодно стегнути NPC конвертор на високонапонску страну LLC резонантног конвертора, верификујући га на прототипу од 166kW/2kV~400V. У литератури је примењено тростепено диодно стегнуто NPC коло на трофазни DAB, постижући идеалне карактеристике напона и струје DAB-а.

Када се NPC топологија користи као исправљачки степен, не захтева изоловане DC сабирнице, што смањује број трансформатора изолационог степена. Штавише, у трофазним структурама, нема таласања напона двоструке линијске фреквенције на сабирницама. Међутим, пошто стегнута топологија захтева велики број стезних уређаја, број стезних уређаја се повећава са повећањем броја нивоа, што отежава проширење нивоа и тешко постиже редундантност. Што се тиче контроле, струје које теку у сваки сабирни кондензатор NPC конвертора су различите, што доводи до неравнотеже напона кондензатора. За NPC топологије изнад три нивоа, не постоји ефикасан алгоритам за балансирање напона. Поред тога, недоследна времена рада прекидача унутар и изван кракова доводе до неравномерног загревања, што се може решити само променом укупне топологије кола.

Бројне потешкоће изазване проширењем нивоа значе да се NPC топологије могу применити само на средњим/високим напонским нивоима путем серијског повезивања уређаја или употребом високонапонских SiC уређаја. Међутим, на нижим напонским нивоима, у поређењу са топологијом једног H-моста, тростепени NPC има само половину напонске издржљивости и напонског напрезања на сваком прекидачком транзистору, док емитује више напонских нивоа, што резултира мањим захтевима за филтрирање излаза. Има значајне предности примене као инверторски степен на нисконапонској страни PET-а. На пример, у литератури је коришћен тростепени диодама стегнути NPC као инверторски степен PET-а за погон трофазног мотора, спроводећи експерименталну верификацију и постижући добре перформансе погона мотора и перформансе буке.