Pagsusuri sa Topolohiya at mga Aplikasyon sa Pagkontrol ng mga Medium-High Voltage Power Electronic Transformers III

3.3 Naka-clamp na Multilevel na Topolohiya

Ipinapakita ang Neutral Point Clamped (NPC) multilevel topology. Bukod sa diode-clamped NPC topology, kabilang din sa mga NPC topology ang flying capacitor type at hybrid clamped type, bukod sa iba pa. Gayunpaman, dahil sa malaking volume ng capacitor, ang mga NPC topology ay kadalasang gumagamit pa rin ng passive o active switching devices para sa clamping. Kung gagamitin ang diode-clamped multilevel topology bilang halimbawa, sa isang three-phase rectifier stage topology, ang bawat phase leg ay binubuo ng mga cascaded switching transistors at clamping diodes, na konektado nang parallel sa isang single high-voltage DC bus. Iminungkahi ng literatura ang isang single-phase PET topology na may rectifier stage gamit ang isang four-level diode-clamped circuit. Ang isang single high-voltage DC bus ay sinusundan ng input-series-output-parallel DABs, gaya ng ipinapakita. Ang topology na ito ay maaaring palawakin sa isang three-phase structure, at ang bilang ng mga voltage level ay maaaring baguhin batay sa device resistant voltage levels at high-voltage side voltage level. Tulad ng topolohiya ng MMC, ang topolohiya ng NPC ay maaari ring ilapat sa yugto ng paghihiwalay, na nagkokonekta sa high-voltage DC bus sa Transpormador ng Paghihiwalay, gaya ng ipinapakita. Naglapat ang literatura ng isang three-level diode-clamped NPC converter sa high-voltage na bahagi ng isang LLC resonant converter, at bineberipika ito sa isang 166kW/2kV~400V prototype. Naglapat ang literatura ng isang three-level diode-clamped NPC circuit sa isang three-phase DAB, kung saan nakamit ang ideal na mga katangian ng boltahe at kasalukuyang DAB.

Kapag ang NPC topology ay ginagamit bilang rectifier stage, hindi nito kailangan ng mga isolated DC bus, na binabawasan ang bilang ng mga isolation stage transformer. Bukod pa rito, sa mga three-phase structure, walang double-line-frequency voltage ripple sa bus. Gayunpaman, dahil ang clamped topology ay nangangailangan ng malaking bilang ng mga clamping device, tumataas ang bilang ng mga clamping device habang tumataas ang bilang ng mga level, na nagpapahirap sa level expansion at nagpapahirap sa pagkamit ng redundancy. Sa usapin ng kontrol, ang mga current na dumadaloy sa bawat bus capacitor ng NPC converter ay magkakaiba, na humahantong sa capacitor voltage imbalance. Para sa mga NPC topology na higit sa tatlong level, walang epektibong voltage balancing algorithm. Bukod pa rito, ang hindi pantay na oras ng pagpapatakbo ng mga switch sa loob at labas ng mga arm ay humahantong sa hindi pantay na pag-init, na maaari lamang malutas sa pamamagitan ng pagbabago ng pangkalahatang circuit topology.

Ang maraming kahirapang dulot ng pagpapalawak ng antas ay nangangahulugan na ang mga topolohiya ng NPC ay maaari lamang ilapat sa mga antas ng katamtaman/mataas na boltahe sa pamamagitan ng koneksyon ng serye ng aparato o ang paggamit ng mga aparatong may mataas na boltahe na SiC. Gayunpaman, sa mas mababang antas ng boltahe, kumpara sa isang topolohiya ng H-bridge, ang isang three-level na NPC ay mayroon lamang kalahati ng boltahe na nakayanan at stress ng boltahe sa bawat switching transistor, habang naglalabas ng mas maraming antas ng boltahe, na nagreresulta sa mas mababang mga kinakailangan sa pag-filter ng output. Ito ay may malaking bentahe sa aplikasyon bilang inverter stage sa low-voltage na bahagi ng isang PET. Halimbawa, ginamit ng literatura ang isang three-level na diode-clamped NPC bilang inverter stage ng isang PET upang magmaneho ng isang three-phase motor, na nagsasagawa ng eksperimental na pag-verify at nakakamit ng mahusay na pagganap ng motor drive at pagganap ng ingay.