Conversor CA-CC de Estágio Integrado Cascateado para Aplicações em Transformadores de Estado Sólido
DOI:
https://doi.org/10.18618/REP.2019.4.0044Keywords:
célula de comutação de três estados, conversor CA-CC, Conversor Multinível, Dual Active Bridge, Transformador de Estado SólidoAbstract
Este artigo propõe o estudo e desenvolvimento de um conversor CA-CC multinível de estágio integrado para aplicação em transformadores de estado sólido. A topologia proposta é baseada no conversor dual active bridge (DAB) associado com a célula de comutação de três estados (CC3E). O conversor possui uma estrutura que pode ser modularizada e aplicada em elevadas tensões podendo operar tanto como retificador quanto inversor. Buscando validar todo o estudo feito, foi montado um protótipo com dois módulos de 1 kW cada, com tensão CA de entrada de 110 Vrms, tensão no barramento primário e secundário de 400 V e frequência de chaveamento de 20 kHz. Os resultados experimentais mostram de forma clara e consistente a correta operação do conversor. A bidirecionalidade da estrutura é demonstrada com ensaios de inversão de fluxo. A topologia é capaz de operar com alto fator de potência e baixa DHT (Distorsão Harmônica Total).
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References
E. Pritchard, D. C. Gregory, "The dc Revolution [Viewpoint]",IEEE Electrification Magazine, vol. 4, no. 2, pp. 4-9, June 2016. https://doi.org/10.1109/MELE.2016.2544018 DOI: https://doi.org/10.1109/MELE.2016.2544018
B. Singh, S. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, “Comprehensive Study of Single-Phase AC-DC Power Factor Corrected Converters With High-Frequency Isolation", IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 7, no. 4, pp. 540-556, Nov 2011. https://doi.org/10.1109/TII.2011.2166798 DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2011.2166798
M. S. Ortmann, S. A. Mussa, M. L. Heldwein,"Concepts for high efficiency single-phase three-level PWM rectifiers”, in 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 3768-3775, Sep. 2009.https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316310 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316310
J. Everts, F. Krismer, J. Van den Keybus, J. Driesen,J. W. Kolar, "Optimal ZVS Modulation of Single-Phase Single-Stage Bidirectional DAB AC-DC Converters",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 8, pp. 3954-3970, Aug 2014.https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2292026 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2292026
J. E. Huber, J. W. Kolar, "Solid-State Transformers: On the Origins and Evolution of Key Concepts",IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 10, no. 3, pp. 19-28, Sep. 2016.https://doi.org/10.1109/MIE.2016.2588878 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2016.2588878
S. Falcones, X. Mao, R. Ayyanar, "Topology comparison for Solid State Transformer implementation”, in IEEE PES General Meeting, pp. 1-8, July 2010.https://doi.org/10.1109/PES.2010.5590086 DOI: https://doi.org/10.1109/PES.2010.5590086
J. Feng, W. Q. Chu, Z. Zhang, Z. Q. Zhu, "Power Electronic Transformer-Based Railway Traction Systems: Challenges and Opportunities", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 5, no. 3, pp. 1237-1253, Sep. 2017.https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2685464 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2685464
X. She, A. Q. Huang, R. Burgos, "Review of Solid-State Transformer Technologies and Their Application in Power Distribution Systems", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 1, no. 3, pp. 186-198, Sep. 2013.https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2277917 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2277917
D. G. Holmes, T. A. Lipo, Introduction to Power Electronic Converters, IEEE, 2003.https://doi.org/10.1109/9780470546284.ch1 DOI: https://doi.org/10.1109/9780470546284.ch1
M. Liserre, M. Andresen, L. Costa, G. Buticchi,"Power Routing in Modular Smart Transformers: Active Thermal Control Through Uneven Loading of Cells", IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 10, no. 3, pp. 43-53, Sep. 2016.https://doi.org/10.1109/MIE.2016.2588898 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2016.2588898
B. Almeida, D. Oliveira Jr, "Conversor CA-CC trifásico bidirecional de único estágio com correção de fator de potência e isolado em alta frequência”, Eletrônica de Potência,vol. 21, no. 2, pp. 117 - 125, junho 2016, doi:http://dx.doi.org/10.18618/REP.2016.2.2627. DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2016.2.2627
K. S. Kumar, C. H. Sukesh, K. J. Anoop, K. Kanchana," A review on power quality improvement using AC to DC converters",2017 IEEE International Conference on Power Control, Signals and Instrumentation Engineering (ICPCSI), pp. 2968-2974, Sep. 2017.https://doi.org/10.1109/ICPCSI.2017.8392270 DOI: https://doi.org/10.1109/ICPCSI.2017.8392270
D. S. Oliveira, M. I. V. Batista, L. H. S. C.Barreto, P. P. Praça, "A bidirectional single stageAC-DC converter with high frequency isolation feasible to DC distributed power systems",in2012 10th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications, pp. 1-7, Nov 2012.https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2012.6453851 DOI: https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2012.6453851
D. d. A. Honório, D. S. Oliveira, L. H. S. C.Barreto, P. P. Praça, "A Space Vector PWM scheme for a Single-stage Ac-Dc Modular Cascaded Multilevel Converter",in 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), pp. 1-6, Nov2015.https://doi.org/10.1109/COBEP.2015.7420035 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2015.7420035
L. H. S. C. Barreto, D. de A. Honório, D. de Souza Oliveira, P. P. Praça, "An Interleaved-Stage AC-DC Modular Cascaded Multilevel Converter as a Solution for MV Railway Applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 4, pp. 3008-3016,April 2018.https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2756600 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2756600
S. Bhattacharya, D. Divan, "Synchronous frame based controller implementation for a hybrid series active filter system", in IAS '95. Conference Record of the1995 IEEE Industry Applications Conference ThirtiethIAS Annual Meeting, vol. 3, pp. 2531-2540 vol.3, Oct1995.https://doi.org/10.1109/IAS.1995.530625 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.1995.530625
A. Nicolini, A. Ricciotti, F. Carnielutti, H.Pinheiro, "Modulação Descontínua Com Portadora Para Inversores Com Pernas Em Paralelo", Eletrônica de Potência, vol. 21,no. 4, pp. 266 - 273, outubro 2016, doi:http://dx.doi.org/10.18618/REP.2016.4.2616. DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2016.4.2616
B. I, D. C. Martins, Introdução ao estudo de conversores CC-CA, 2a edição ed., Ed dos Autores, Florianópolis, SC, 2008.
B. R. de Almeida, J. W. M. de Araújo, P. P. Praça, D. de S. Oliveira, "A Single-Stage Three-Phase Bidirectional AC/DC Converter With High-Frequency Isolation and PFC",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 33, no. 10, pp. 8298-8307, Oct 2018.https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2775522 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2775522
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