اندازه گیری گروهی ولتاژ خازن‌ها و پایش برخط ظرفیت برای مبدل چند سطحی ماژولار

مبدل چند سطحی ماژولار (mmc) یک انتخاب رایج برای کاربردهای توان بالا به دلیل ساختار قابل توسعه است. با این حال استفاده از تعداد زیادی خازن در ساختار mmc باعث چالش فنی اولیه در کاهش قابلیت اطمینان آن شده است. در کاربردهای الکترونیک قدرت خازن ها یکی از اجزا با بیشترین احتمال خرابی هستند. همچنین، برای کنترل تعادل ولتاژ خازن ها در ساختار mmc، نیاز به تعداد زیادی حسگر ولتاژ است که باعث افزایش هزینه مبدل شده است. علاوه براین، استفاده از تعداد حسگرهای ولتاژ زیاد باعث افزایش حجم اطلاعات رد و بدل شده بین سیستم قدرت و پردازنده مرکزی می شود که باعث محدودیت در سرعت پردازنده شده است. بنابراین نظارت بر سلامت ظرفیت (chm) خازن ها با کاهش تعداد حسگرهای ولتاژ ضروری است. این مقاله یک روش نظارت بر ظرفیت با تعداد حسگرهای کاهش یافته را ارائه می دهد. در روش پیشنهادی برای هر دو زیرماژول نیم پل از یک حسگر ولتاژ استفاده شده است و ولتاژ خازن ها با بهره گیری از یک روش تخمین ولتاژ خازن با حجم محاسبات کم بدست می آید. علاوه بر این با استفاده از نسبت افزایش ولتاژ خازن تخمین زده شده به اندازه گیری شده در طول جریان مثبت بازو، یک روش نظارت بر ظرفیت ساده ارائه شده است. نتایج شبیه سازی و ازمایشگاهی کارایی روش پایش ظرفیت و کاهش حسگر پیشنهادی را در شرایط مختلف نشان می دهد.

group measurement of capacitor voltage and capacitance online monitoring for modular multilevel converter

the modular multilevel converter (mmc) is a common choice for high power applications due to its expandable structure. however, the use of a large number of capacitors in the mmc structure has caused the primary technical challenge in reducing its reliability. in power electronics applications, capacitors are one of the components with the highest probability of failure. as well, the mmc structure requires many voltage sensors to maintain the capacitor voltage balance, which raises the converter’s cost. furthermore, the use of a large number of voltage sensors increases the amount of information exchanged between the power system and the central processor, limiting its performance. therefore, capacitance health monitoring (chm) of capacitors is necessary by reducing the number of voltage sensors. the paper presents a chm method using fewer sensors. in the proposed method, one voltage sensor is used for both half bridge sub modules, and the voltage of the capacitors is obtained using a capacitor voltage estimation method with low computational burden. in addition, a straightforward chm method is presented using the ratio of estimated to measured capacitor voltage rise during positive arm current. simulation and experimental results show the efficiency of chm methods and proposed sensor reduction in different conditions.