Abstract

In this paper, a new HVDC shunt tap is proposed. The proposed configuration consists of a unidirectional hybrid modular DC–DC converter followed by a voltage source converter for DC–AC conversion to feed a local AC network connected to the tap output terminals. The proposed DC–DC converter consists of a high-voltage valve, and series-connected unidirectional half-bridge Sub-Modules (SMs). Unlike Marx generator circuit concept, the DC–DC conversion in the proposed configuration is achieved by enabling simultaneous charging of series-connected capacitors (i.e. SMs capacitors), and sequential discharging of capacitors. Compared to Marx-generator based switched capacitor DC–DC converters, the proposed configuration has a lower number of semiconductor devices, which affects positively the system cost, and reduces the control complexity. Detailed illustration, design, and control of the proposed approach are presented. Simulation results are presented to validate the proposed approach.

نمونه ترجمه مقاله:

1. مقدمه

در سیستم های HVDC نقطه به نقطه، سهم کوچکی از کل توان اکتیو (کمتر از 10 درصد توان سیستم HVDC) را می توان برای استفاده ی محلی نواحی روستایی نزدیک به خطوط انتقال HVDC از مدار اصلی HVDC متصل نمود. [1–5].

هزینه ی تپ مورد استفاده باید پایین بماند و همچنین در هنگام بروز خطا در اجزای تپ، اثر آن بر مدار اصلی HVDC ناچیز باشد. در نهایت، کنترلر تپ نباید بر کنترلر مدار اصلی HVDC اثر بگذارد. [6]

تپ های سری و موازی را می توان برای تپینگ توان های کمتر از مدار اصلی HVDC در سیستم های HVDC نقطه به نقطه استفاده کرد. شکل 1 بهره برداری از هر تپ را نشان می دهد و در آن فرض شده که توان تپ 10 درصد از توان ارسال شده است. بر اساس شکل 1، باید خاطر نشان کرده که در تپ موازی، ولتاژ ورودی مدار تپ موازی ولتاژ DC مدار اصلی HVDC است (). این در حالی است که جریان ورودی ان کم است (). به عبارت دیگر، جریان ورودی تپ های سری برابر جریان DC مدار اصلی HVDC است ()، این در حالی است که ولتاژ ورودی نسبتا کم است (). بر این اساس، تپ موازی باید بتواند ولتاژ DC کامل مدار اصلی HVDC را تحمل نماید و این منجر به گرانتر شدن تپ می شود. اگرچه تپ موازی قابلیت اطمینان بیشتری دارد. انواع مختلف تپ موازی HVDC در آثار موجود معرفی شده اند. در مرجع 7، انواع مختلف تپ های HVDC بررسی شده اند. ساختار تپ های پیشمهادی در آثار موجود را می توان به چند دسته تقسیم بندی کرد : 1. مبدل DC-AC و یک ترانسفورماتور کم فرکانس کاهنده [5,8,11] و 2. مبدل DC-DC همراه با مبدل منبع ولتاژ فشار ضعیف برای تبدیل DC-AC [12,13].

با در نظر گرفتن دسته ی دوم، مبدل های DC-DC مختلفی استفاده شده اند که از جمله می توان به مبدل چند سطحی ماژولار DC-DC [12] و  مبدل DC-DC با خازن سوئیچ شده [13] اشاره کرد. مبدل DC-DC با خازن سوئیچ شده در مرجع [13] شامل یک دریچه ی ولتاژ بالا و تعدادی زیر ماژول با اتصال سری است و هر کدام از این زیر ماژول ها شامل 3 IGBT و یک خازن DC می باشند. ساختار زیر ماژول امکان اتصال خازن های زیر ماژول به صورت سری یا موازی را برقرار می سازد. اتصال سری/موازی خازن ها برای ورود مفهوم ژنراتور Marx استفاده می شود؛ در این مفهوم، شارژ خازن های سری و دشارژ خازن های موازی در مبدل DC-DC سوئیچ شده به صورت همزمان انجام می گیرد. [13]

در این مقاله، مفهوم مبدل DC-DC با خازن سوئیچ شده استفاده دشه است، اما پیکره بندی زیرماژول آن متفاوت است و در آن از یک زیر ماژول نیم پل یک طرفه استفاده شده است. زیرماژول نیم پل یک طرفه شامل یک IGBT، یک دیود و یک خازن DC است. در مبدل DC-DC ماژولار هیبرید یک طرفه، خازن های سری به صورت همزمان شارژ می شوند، اما دشاؤز خازن ها، بر خلاف رویکرد دشارژ همرمان خازن های موازی، به صورت متوالی (یکی یکی) انجام می گیرد. [13] پیکره بندی پیشنهادی یک مبدل DC-DC مطلوب با تعداد تجهیزات نیمه رسانای کمتر است و این موضوع تاثیر مثبتی بر هزینه ی سیستم داشته و منجر به کاهش پیچیدگی کنترل می شود.

توصیف دقیقتر مفهوم بهره برداری، طراحی و کنترل مدل پیشنهادی ارائه می شود. در نهایت، نتایج شبیه سازی برای مفهوم پیشنهادی برای تایید اعتبار ادعاهای مطرح شده ارائه می گردد.