中高電圧電力電子変圧器のトポロジーと制御応用に関するレビュー II

2 PETの全体構造の選択

PETのトポロジーは多岐にわたる。エネルギー変換ステージの数に基づいて、単段式、二段式、三段式に分類できる[7]。二段式構造には、図1に示すように、高電圧および低電圧のDCバスを備えたものがある。

単段式PET（図1(a)）では、中/高周波 絶縁トランス 両側にAC/ACコンバータを接続します。一次側AC/ACコンバータは、入力された商用周波数のAC電圧を高周波AC電圧に変換し、変圧器を介して結合した後、二次側AC/ACコンバータによって商用周波数のAC電圧に再変換します。単段PETは、変換段数と部品点数が少なく、高効率で高電力密度です。ただし、DCバスがないため、ハイブリッドAC/DCグリッドには適しておらず、電力分離制御が複雑です。

2 段 PET は、高電圧側または低電圧側のいずれかに DC バスを備えています。絶縁トランスの一方の側のトポロジーは単段 PET に似ていますが、もう一方の側は AC/DC または DC/AC 回路を介して DC バスに接続されます (図 1(c) および図 1(d))。高電圧または低電圧の DC リンクにより、2 段 PET は、高電圧側で中/高電圧 DC グリッドに、または低電圧側で PV/蓄電システムに接続できます。ただし、絶縁トランスの両側のコンバータによって伝送される有効電力は、トランスの漏洩インダクタンスパラメータに非常に敏感です。さらに、DC バスコンデンサは大きな 2 倍の線間周波数の電圧変動を受け、コンバータの電流変動も大きいため [7]、制御が困難になります。

3段構成のPET（図1(b)）は、高電圧側と低電圧側の両方にDCバスを備えています。入力された商用周波数交流電流は、AC/DC変換によって高電圧DCバスに整流され、高周波方形波に変調され、中/高周波トランスを介して低電圧側に結合され、低電圧DCバスに整流され、最終的にDC/AC変換によって商用周波数交流電圧に変換されます。3段構成のPETは、高電圧および低電圧のDCシステムの両方に接続できます。各変換ステージの制御は比較的独立しているため、デカップリングと補償制御が容易になります。ただし、変換ステージが多いほど構造が複雑になります。多段構成のため、3段構成のPETトポロジーは、高電圧側でのカスケード接続と低電圧側での並列接続を容易に実現でき、中/高電圧アプリケーションのニーズを満たします。したがって、3段構成のトポロジーは、中/高電圧PETの研究およびアプリケーションにおいて最も広く使用されています。

中高電圧アプリケーションにおけるPETの場合、低電圧側は電圧レベルが低く、デバイスの電圧制約は最小限です。一方、高電圧整流段と中間絶縁段は高電圧レベルに直面するため、回路トポロジーとデバイスに対してより厳しい要件が課されます。既存の研究は、次の2つの方向に焦点を当てています。①既存のデバイスの電圧定格に基づく中高電圧PETの新しいトポロジーと制御方法。②10kV SiCデバイス[8, 9]などの新しい高電圧デバイスを使用したPETトポロジーと制御。しかし、高電圧SiCデバイスはまだ研究室での研究開発段階にあり、市販のデバイスはまだ電圧要件を満たしていません。そのため、高い入力電圧要件を満たすために、マルチモジュールカスケードまたはシングルモジュールマルチレベルトポロジーが使用されます。典型的なトポロジーを図2に示し、セクション3で分析します。