Влияние уровней напряжения и углов их включения в многоуровневом инверторе на структуру спектра его выходного напряжения

Abstract

В настоящее время широкое распространение в электроэнергетических системах различного назначения получают многоуровневые инверторы напряжения, являясь эффективным методом формирования гармонического состава выходного напряжения. Реализация многоуровневой концепции позволяет управлять составом и величиной гармоник на их выходе, что является актуальным для систем электроснабжения технологических процессов, качество которых зависит от спектра питающего напряжения. Предложен подход к определению влияния изменения параметров в многоуровневом инверторе на спектр его выходного напряжения, обеспечивающий возможность решать задачу синтеза многоуровневой кривой с желаемым гармоническим составом. Получены формулы для расчета чувствительности коэффициентов гармонических составляющих напряжения и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения к изменению уровней входного напряжения и электрических углов их включения в инверторе. Разработан алгоритм синтеза многоуровневой кривой выходного напряжения с задаваемым гармоническим составом, наиболее соответствующим реализуемому технологическому процессу. Результаты компьютерного моделирования синтеза многоуровневой кривой с желаемым гармоническим составом за счет изменения напряжений уровней при различных величинах выбранных гармоник показывают его универсальность, наглядность и информативность. Представленный подход к проектированию рассматриваемого класса преобразовательных устройств заметно расширяет функциональные возможности многоуровневых инверторов напряжения, что способствует росту их применения в современных промышленных технологиях, качество которых в значительной степени определяется спектром питающего напряжения, например, в системах многочастотного индукционного нагрева. Multilevel voltage inverters are currently widely used in various power systems, as they are an efficient method to form the output voltage harmonic composition. The implemented multilevel concept allows controlling the composition and magnitude of output harmonics, which is relevant for the power supply systems feeding technological processes, quality-sensitive to the spectrum of the supply voltage. The paper proposes an approach to determine the influence of parameter changes in a multilevel inverter on the spectrum of its output voltage. It allows solving the problem of synthesizing of a multilevel curve with the desired harmonic composition. The authors obtain the formulas instrumental to calculate the sensitivity of harmonic voltage components coefficients and the total coefficient of harmonic voltage components to changes in input voltage levels and electrical angles of their switching in the inverter. The paper presents an algorithm, developed to synthesize a multilevel output voltage curve with a given harmonic composition that is most appropriates for the realized technological process. The results of computer simulation of the synthesis of a multilevel curve with the desired harmonic composition due to changes in voltage levels at various values of selected harmonics show its universality, clarity and information content. The presented approach to the design of the considered type of converting devices significantly expands the functionality of multilevel voltage inverters, which contributes to their application in modern industrial technologies, the quality of which is largely determined by the supply voltage spectrum, for example, in systems of multi-frequency induction heating.