Estudo de conversores modulares multiníveis (MMC) uni- e bidirecionais

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo sobre os conversores CA-CC modulares multiníveis bidirecionais já existentes e propõe uma topologia de conversor unidirecional. Inicialmente, é realizado um estudo do conversor modular multiníveis bidirecional monofásico contemplando o princípio de funcionamento, a origem das correntes de circulação e os efeitos destas, esforços de corrente nos principais dispositivos e estratégias de controle. Um esquema de balanceamento das tensões dos capacitores de um braço é proposto e comparado com outra estratégia encontrada na literatura. A análise realizada é estendida para o conversor bidirecional trifásico e estratégias adequadas de controle das correntes e tensões são desenvolvidas. Por último, uma nova topologia de conversor modular multiníveis com fluxo unidirecional de potência é proposta. O conversor é analisado em regime estático e dinâmico, e estratégias de controle e equilíbrio das correntes e tensões são desenvolvidas. Os resultados obtidos nas análises são comprovados por meio de simulações e alguns resultados experimentais obtidos de um protótipo em escala com 24 submódulos.

Abstract : This work presents a study on modular multilevel converters already proposed in the literature and proposes a new unidirectional topology. Initially, an analysis of the single-phase modular multilevel converter comprising the working principles, the origin of circulating currents and its effects, current stresses and control schemes is presented. A new arm capacitor voltage balancing method is proposed and compared against a common strategy found in literature. The realized analysis is extended to the three-phase bidirectional MMC and suitable current and voltage control strategies are developed. Also, a new modular multilevel converter topology featuring unidirectional power flow is proposed. Steady state and dynamic analysis are realized, and control strategies for current and voltage control and balancing are presented for the new converter. The analysis obtained in this work are confirmed by means of numerical simulations and preliminary experimental results from a scaled down prototype with 24 submodules.