بهینه‌سازی اعوجاج هارمونیکی کل ولتاژ و جریان در اینورترهای چندسطحی آبشاری با استفاده از برنامه‌ریزی درجه دوم تکراری

با توجه به تلفات کلیدزنی و هارمونیک‌هایی که در کلیدزنی وجود دارد، در کاربردهای توان‌ متوسط و توان بالا، باید فرکانس کلیدزنی کلیدها پایین باشد و از طرفی اعوجاج هارمونیکی کل (thd) ولتاژ و جریان نیز مطابق استانداردهای معتبر در کمترین مقدار ممکن قرار گیرد. به همین دلیل امکان استفاده از روش‌های رایج مدولاسیون پهنای پالس (pwm) سینوسی مبتنی بر موج حامل یا pwm بردار فضایی که دارای فرکانس کلیدزنی بالایی هستند، وجود ندارد. روش‌های مدولاسیون پهنای باند بهینه pwm ، برای اینورترهایی که از  مدولاسیون پله استفاده می‌کنند منجر بهthd  ولتاژ خروجی کمتری نسبت به دیگر روش‌های رایج مدولاسیون می‌شوند. اما یکی از معایب بسیار مهم این روش‌ها محاسبه زاویه‌های کلیدزنی بهینه است که بایستی در جدول سوئیچینگ به دنبال آنها گشت که این امر‌کاربرد pwm بهینه را محدود می‌نماید. در این مقاله راهکاری ارائه شده است که زاویه‌های کلیدزنی با استفاده از روش برنامه‌ریزی درجه‌دوم تکراری که یکی از روش‌های کاربردی برای حل تکراری مسایل بهینه‌سازی با قیود غیر‌خطی می‌باشد بدست می‌آید و در مقایسه با روش‌های برنامه‌ریزی درجه‌دوم تکراری موجود، در هر تکرار زاویه‌های کلیدزنی را با حل زیر مسئله‌های درجه‌دوم با قیود تساوی و دستگاه‌های معادلات خطی می‌یابد. و همچنین تحت شرایط مناسب، همگرایی سراسری و همگرایی مجانبی دارای سرعت، دقت و کارایی بیشتری می‌باشد و نیاز به زمان و حافظه زیاد برای بدست آوردن زاویه‌های کلیدزنی نیست. همچنین thd ولتاژ و جریان در یک اینورتر چندسطحی آبشاری سه‌فاز با مدولاسیون پله حداقل می‌شود. زاویه‌های کلیدزنی مطلوب منجر به حداقل شدن فرکانس کلیدزنی، تلفات کلیدزنی و thd ولتاژ و جریان خواهند شد. همچنین کلیدهای قدرت در هر دوره تناوب، تنها یک بار قطع و وصل می‌شوند. کارآیی راهکار پیشنهادی از طریق مطالعات شبیه‌سازی در نرم افزار متلب ارزیابی می‌شوند.

Voltage THD Minimization in Multilevel Cascade Inverters Using Repetitive Quadratic Programming

The multilevel cascade inverter is one of the most widely used powerelectronics based interfaces in electrical distribution systems. Due to high losses and harmonics, the switching frequency of the inverter should be low in medium and high power applications. For this reason, the conventional carrier wavebased sinusoidal pulse modulation (PWM) and space vector PWM that have high switching frequencies cannot be used in these applications. The optimal PWM methods for inverters with step modulation result in lower total harmonic distortion (THD) in output voltage than other common modulation methods. However, one of the major disadvantages of these methods is that the optimal switching angles should be determined using the switching table, limiting the application of the optimal PWM. This paper proposes a method for determination of switching angles by using the iterative quadratic programming method. In each iteration, the proposed method calculates the switching angles by solving the quadratic sub equations with equality constraints and linear equations. Also in the appropriate conditions, global and asymmetric convergences are faster, more accurate, and more efficient, and there is no need for much time and memory for switching angles determination. The optimum switching angles minimize the switching frequency, switching losses, and THD in voltage and current of a threephase cascade multilevel inverter with step modulation. Also, the power circuit breakers are switched on and off only once in each period. The effectiveness of the proposed method is evaluated through simulation case studies in MATLAB environment.