Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion

Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion

Introduction. This paper delves into the practical application of multilevel technology, particularly focusing on the capacitor-clamped converter as a promising solution for medium-to-high voltage power conversion, with specific emphasis on direct AC-AC switching conditions. Problem. The limitations...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2024
Автори: Saidi, F., Djahbar, A., Bounadja, E., Kacemi, W. M., Fettah, K.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2024
Теми:
matrix converter
Venturini method
modular multilevel matrix converter
power conversion
Онлайн доступ:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/303157
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Репозитарії

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-303157
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2024-10-18T19:06:00Z
collection OJS
language English
topic matrix converter
Venturini method
modular multilevel matrix converter
power conversion
spellingShingle matrix converter
Venturini method
modular multilevel matrix converter
power conversion
Saidi, F.
Djahbar, A.
Bounadja, E.
Kacemi, W. M.
Fettah, K.
Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
topic_facet матричний перетворювач
метод Вентуріні
модульний багаторівневий матричний перетворювач
перетворення потужності
matrix converter
Venturini method
modular multilevel matrix converter
power conversion
format Article
author Saidi, F.
Djahbar, A.
Bounadja, E.
Kacemi, W. M.
Fettah, K.
author_facet Saidi, F.
Djahbar, A.
Bounadja, E.
Kacemi, W. M.
Fettah, K.
author_sort Saidi, F.
title Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
title_short Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
title_full Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
title_fullStr Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
title_full_unstemmed Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
title_sort novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage ac-ac power conversion
title_alt Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
description Introduction. This paper delves into the practical application of multilevel technology, particularly focusing on the capacitor-clamped converter as a promising solution for medium-to-high voltage power conversion, with specific emphasis on direct AC-AC switching conditions. Problem. The limitations of conventional single-cell matrix converters (MC) in efficiency and performance for medium-to-high voltage power conversion applications are well-recognized. Goal. The primary objective is to investigate the performance of the 3 phase modular multilevel matrix converter (3MC) with three flying capacitors (FCs) modeling. This investigation utilizes the Venturini method for gate pulse generation, aiming to compare the performance of the 3MC with standard converter designs. Methodology. To achieve the research goal, the Venturini method is adopted for generating gate pulses for the 3MC, representing a departure from conventional approaches. Detailed simulations employing MATLAB/Simulink are conducted to comprehensively evaluate the performance of the 3MC in comparison to conventional converter designs. Results. The simulation outcomes reveal a significant reduction of 73 % in total harmonic distortion (THD) achieved by the 3MC. This reduction in THD indicates improved robustness and suitability for medium-to-high voltage power conversion systems necessitating direct AC-AC conversion. These results highlight the efficacy of the 3MC in enhancing power conversion efficiency and overall performance. Originality. This paper contributes novel insights into the practical implementation of multilevel technology, particularly within the realm of capacitor-clamped converters. Furthermore, the utilization of the Venturini method for gate pulse generation in the 3MC represents an original approach to enhancing converter performance. Practical value. The research findings present significant advancements in multilevel transformer technology, offering valuable guidance for optimizing transformer design in various industrial and renewable energy applications. These contributions serve to enhance the development of reliable and efficient power systems, addressing critical needs in the energy sector. References 54, tables 3, figures 4.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine”
publishDate 2024
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/303157
work_keys_str_mv AT saidif novelmodularmultilevelmatrixconvertertopologyforefficienthighvoltageacacpowerconversion
AT djahbara novelmodularmultilevelmatrixconvertertopologyforefficienthighvoltageacacpowerconversion
AT bounadjae novelmodularmultilevelmatrixconvertertopologyforefficienthighvoltageacacpowerconversion
AT kacemiwm novelmodularmultilevelmatrixconvertertopologyforefficienthighvoltageacacpowerconversion
AT fettahk novelmodularmultilevelmatrixconvertertopologyforefficienthighvoltageacacpowerconversion
first_indexed 2024-12-15T20:53:21Z
last_indexed 2024-12-15T20:53:21Z
_version_ 1818749640544092160
spelling eiekhpieduua-article-3031572024-10-18T19:06:00Z Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion Saidi, F. Djahbar, A. Bounadja, E. Kacemi, W. M. Fettah, K. матричний перетворювач метод Вентуріні модульний багаторівневий матричний перетворювач перетворення потужності matrix converter Venturini method modular multilevel matrix converter power conversion Introduction. This paper delves into the practical application of multilevel technology, particularly focusing on the capacitor-clamped converter as a promising solution for medium-to-high voltage power conversion, with specific emphasis on direct AC-AC switching conditions. Problem. The limitations of conventional single-cell matrix converters (MC) in efficiency and performance for medium-to-high voltage power conversion applications are well-recognized. Goal. The primary objective is to investigate the performance of the 3 phase modular multilevel matrix converter (3MC) with three flying capacitors (FCs) modeling. This investigation utilizes the Venturini method for gate pulse generation, aiming to compare the performance of the 3MC with standard converter designs. Methodology. To achieve the research goal, the Venturini method is adopted for generating gate pulses for the 3MC, representing a departure from conventional approaches. Detailed simulations employing MATLAB/Simulink are conducted to comprehensively evaluate the performance of the 3MC in comparison to conventional converter designs. Results. The simulation outcomes reveal a significant reduction of 73 % in total harmonic distortion (THD) achieved by the 3MC. This reduction in THD indicates improved robustness and suitability for medium-to-high voltage power conversion systems necessitating direct AC-AC conversion. These results highlight the efficacy of the 3MC in enhancing power conversion efficiency and overall performance. Originality. This paper contributes novel insights into the practical implementation of multilevel technology, particularly within the realm of capacitor-clamped converters. Furthermore, the utilization of the Venturini method for gate pulse generation in the 3MC represents an original approach to enhancing converter performance. Practical value. The research findings present significant advancements in multilevel transformer technology, offering valuable guidance for optimizing transformer design in various industrial and renewable energy applications. These contributions serve to enhance the development of reliable and efficient power systems, addressing critical needs in the energy sector. References 54, tables 3, figures 4. Вступ. У цій статті розглядається практичне застосування багаторівневої технології, зокрема, з упором на перетворювач з конденсаторною фіксацією як перспективне рішення для перетворення потужності середньої та високої напруги з особливим акцентом на умовах прямого АС-АС перемикання. Проблема. Обмеження звичайних одноелементних матричних перетворювачів (MC) в ефективності та продуктивності для додатків перетворення потужності середньої та високої напруги загальновідомі. Мета. Основною метою є дослідження продуктивності трифазного багаторівневого модульного матричного перетворювача (3MC) з моделюванням трьох навісних конденсаторів (FC). У цьому дослідженні використовується метод Вентуріні для генерації стробуючих імпульсів з метою порівняння продуктивності 3MC зі стандартними конструкціями перетворювачів. Методологія. Для досягнення мети метод Вентуріні прийнятий для генерації стробуючих імпульсів для 3MC, що є відмінністю від традиційних підходів. Проведено докладну симуляцію з використанням MATLAB/Simulink для всебічної оцінки продуктивності 3MC порівняно з традиційними конструкціями перетворювачів. Результати моделювання показують значне зниження на 73 % загального коефіцієнта гармонічних спотворень (THD), досягнуте 3MC. Це зниження вказує на покращену надійність та придатність для систем перетворення електроенергії середньої та високої напруги, що вимагають прямого АС-АС перетворення. Ці результати підкреслюють ефективність 3MC підвищення ефективності перетворення електроенергії та загальної продуктивності. Оригінальність. Ця стаття робить новий внесок у практичну реалізацію багаторівневої технології, особливо в області перетворювачів з конденсаторною фіксацією. Крім того, використання методу Вентуріні для генерації імпульсів затвора в 3MC є оригінальним підходом до підвищення продуктивності перетворювача. Практична цінність. Результати дослідження представляють значні досягнення в технології багаторівневих трансформаторів, пропонуючи цінні рекомендації щодо оптимізації конструкції трансформаторів у різних промислових та відновлюваних джерелах енергії. Ці вклади служать для поліпшення розробки надійних і ефективних енергосистем, задовольняючи критичні потреби в енергетичному секторі. Бібл. 54, табл. 3, рис. 4. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2024-10-18 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/303157 10.20998/2074-272X.2024.6.07 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2024); 49-56 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2024); 49-56 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2024); 49-56 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/303157/304108 Copyright (c) 2024 F. Saidi, A. Djahbar, E. Bounadja, W. M. Kacemi, K. Fettah http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Схожі ресурси