Thesis:

Design, control and Analysis of a Novel Multilevel converter with reduced switch count

Mehrstufige Wechselrichter werden bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt:Als Treiber für elektrische Antriebe, für die Energieumwandlung oder für die Erzeugungverteilter Netze. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neuartige, mehrstufige Konverter-Topologie, die eine Erhöhung der Ausgangsspannungslevel ermöglicht. Im Vergleich zuStandard-Multilevel-Topologien, wie Active Neutral Point Clamped (ANPC), Flying CapacitorConverter (FCC) und Stacked Multicell Converter (SMC), werden gleichzeitig dienotwendigen Leistungshalbleiter reduziert.Die vorgeschlagene Topologie besteht aus einer Zweierverbindung Kaskadenschaltungder Basiseinheit, genannt ,,main cells. Diese ,,main cells\ besteht aus drei Leistungsschalternund einem ,,Flying capacitor. Für die Ausgangsphasen werden Halbbrücken mitzwei Leistungsschaltern verwendet.In dieser Arbeit wird der Vergleich für die erforderliche Anzahl von Leistungsschaltern,die Spannungsbelastung der Schalter, Leistungsverteilung, Kondensatorgröße und die gespeicherteEnergie der vorgeschlagenen Topologie mit herkömmlichen Topologien - wieANPC und SMC - diskutiert.Um die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen mehrstufigen Topologie zu validieren,wurden umfangreiche Simulationen und experimentelle Untersuchungen für 3-phasige 5-Level-Topologien durchgeführt.

Multilevel converters are used in a wide range of applications, such as drives, energy conversion and distributed generation. This Thesis proposes a new multilevel converter topology that allows increasing the number of output voltage levels with a reduced number of necessary power semiconductors in comparison with standard multilevel topologies such as Active Neutral Point Clamped (ANPC), Flying Capacitor Converter (FCC) and Stacked Multicell Converter (SMC). The proposed topology consists of a cascaded connection of basic units called main cells, which are composed of three power switches and one flying capacitor, and two output switches for each output phase. In this Thesis, the comparison for the required number of power switches, voltage stress across the switches, power distribution, capacitors size and energy storage of the proposed topology with conventional topologies such as ANPC and SMC are discussed. To verify the performance of the proposed multilevel topology, extensive simulations and experimental studies were carried out on a 3-phase 5-levels.

Los convertidores multinivel se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como variadores, conversión de energía y generación distribuida. Esta tesis propone una nueva topología de convertidor multinivel que permite aumentar el número de niveles de tensión de salida con una menor cantidad de semiconductores de potencia necesarios, en comparación con las topologías multinivel estándar, como el convertidor de punto neutro activo (ANPC), el convertidor de condensadores volantes (FCC) y el convertidor multicelda apilada (SMC). La topología propuesta consiste en una conexión en cascada de unidades básicas denominadas celdas principales, compuestas por tres interruptores de potencia y un condensador volante, y dos interruptores de salida para cada fase de salida. En esta tesis, se compara el número requerido de interruptores de potencia, la tensión en los interruptores, la distribución de potencia, el tamaño de los condensadores y el almacenamiento de energía de la topología propuesta con topologías convencionales como ANPC y SMC. Para verificar el rendimiento de la topología multinivel propuesta, se realizaron simulaciones exhaustivas y estudios experimentales en un sistema trifásico de 5 niveles.