Una topologia di convertitore ad avvolgimento aperto per applicazioni di reti intelligenti, energie rinnovabili e veicoli elettrici

A large amount of published work in the area of Smart Grid, Renewable Energy and Electric Vehicles focuses on using conventional multilevel converter topologies (COMCT) e.g. Neutral point clamped (NPC), Cascaded H-Bridge (CHB), or modular multilevel structures and in some cases dual two-level inverter (dual-TLI) based topology. COMCT presents challenges such as increased harmonic distortion, higher components count, additional filtering requirements, and higher costs. Existing dual TLI topology use conventional two-level voltage source converters (VSC) with symmetrical voltage sources and higher switching frequency, reducing efficiency and posing higher harmonic distortion levels while underutilizing the advantages offered by the open winding structure. To address this gap and the above-mentioned drawbacks an open-end winding (OEW) based multilevel inverter (MLI) structure is exploited. More specifically among this configuration an asymmetrical hybrid multilevel inverter (AHMLI) topology is used for most of the work proposed in this thesis which can replace the COMCT and supersedes the dual TLI based topology in terms of superior performance. In AHMLI scheme the AC machine (motor or transformer) is powered from both ends of the winding by two distinct voltage source converters rated at different power levels, voltages, and switching frequencies.

Una grande quantità di lavori pubblicati nel settore delle Smart Grid, delle Energie Rinnovabili e dei Veicoli Elettrici si concentra sull'utilizzo di topologie di convertitori multilivello convenzionali (COMCT), ad esempio Neutral point clamped (NPC), Cascaded H-Bridge (CHB) o strutture modulari multilivello e, in alcuni casi, topologia basata su doppio inverter a due livelli (dual-TLI). COMCT presenta sfide come l'aumento della distorsione armonica, un numero maggiore di componenti, requisiti di filtraggio aggiuntivi e costi più elevati. L'attuale topologia a doppio TLI utilizza convertitori di sorgente di tensione a due livelli (VSC) convenzionali con sorgenti di tensione simmetriche e frequenza di commutazione più elevata, riducendo l'efficienza e ponendo livelli di distorsione armonica più elevati, sottoutilizzando al contempo i vantaggi offerti dalla struttura ad avvolgimento aperto. Per colmare questa lacuna e gli inconvenienti sopra menzionati, viene sfruttata una struttura di inverter multilivello (MLI) basata su avvolgimento aperto (OEW). Più specificamente, in questa configurazione, per la maggior parte del lavoro proposto in questa tesi viene utilizzata una topologia di inverter multilivello ibrido asimmetrico (AHMLI), che può sostituire il COMCT e sostituire la topologia basata su doppio TLI in termini di prestazioni superiori. Nello schema AHMLI, la macchina CA (motore o trasformatore) è alimentata da entrambe le estremità dell'avvolgimento da due distinti convertitori di sorgente di tensione classificati a diversi livelli di potenza, tensioni e frequenze di commutazione.