Мощные автономные источники электроэнергии с генераторами переменного тока используются на электровозах, в ветроэлектрических установках (ВЭУ) [1], на судах [2] и на других объектах. Во многих системах частота вращения генераторов стабилизируется первичными источниками энергии – дизелями, турбинами. При этом обеспечиваются стандартные частоты напряжений генераторов 50 или 60 Гц. В ряде случаев частота вращения первичных источников переменная. В некоторых случаях первичные двигатели выполняются на повышенные частоты вращения, и если требуется на выходе формировать напряжения со стандартными параметрами, то используются полупроводниковые преобразователи.
При выполнении установок на повышенные напряжения применяются преобразователи частоты (ПЧ) различных типов – многоуровневые [3], с «плавающими» конденсаторами многотактно-многоуровневые [4], матричные [5] и др. В последние годы в ВЭУ, в электропередачах начинают использоваться модульные многоуровневые преобразователи ММП [1,7].
ММП имеют ряд преимуществ: возможность выполнения ПЧ без трансформаторов, распределение запаса энергии по многим транзисторно-конденсаторным ячейкам, возможность передачи электроэнергии по линии постоянного напряжения с естественной защитой от коротких замыканий.
Цель данной работы заключается в разработке технологии создания систем с ММП на основе создания моделей.
Схема ВЭУ с генератором переменного тока и ММП представлена на рис. 1. ВЭУ содержит асинхронный (или синхронный) генератор АГ (или СГ), модульные многоуровневые активный выпрямитель АВ и автономный инвертор АИ, сглаживающие дроссели Ld. В целом АВ и АИ представляют собой ММП.
Количество транзисторно-конденсаторных модулей, включенных последовательно в каждом плече АВ и АИ, определяется напряжением на входе и выходе ММП и параметрами элементной базы.
Математическое описание установки приведено в [8-10]. Построенные по этому описанию компьютерные модели имеют достаточную точность и обладают высоким быстродействием.