Η μεταφορά ενέργειας με συστήματα συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HVDC) παρουσιάζει σημαντική ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια, λόγω των οικονομικών πλεονεκτημάτων της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με αυτήν την τεχνολογία για πολύ μεγάλες αποστάσεις. Τα επίπεδα συνεχούς τάσης (DC) που χρησιμοποιούνται κυμαίνονται από 100kV έως 1500kV, σε εγκαταστάσεις UHVDC. Η τελευταία διασύνδεση υλοποιήθηκε στην Κίνα, μία επίγεια εγκατάσταση UHVDC τάσης 1500 kV και ισχύος 12GW. Σημαντικό πλεονέκτημα έναντι της μεταφοράς ενέργειας με συστήματα εναλλασσόμενης τάσης (AC) παρουσιάζει και για τις υπόγειες/υποθαλάσσιες διασυνδέσεις. Παράδειγμα αποτελεί η διασύνδεση μήκους 44 km και ισχύος 60ΜW μεταξύ Γερμανίας και του αιολικού πάρκου Alpha Ventus που είναι εγκατεστημένο στη Βόρεια Θάλασσα.
Με την τεχνολογία HVDC επιτυγχάνεται η διασύνδεση ασύγχρονων συστημάτων AC ή συστημάτων με διαφορετικές συχνότητες, καθώς και η αύξηση της δυνατότητας μεταφοράς ισχύος. Ταυτόχρονα, μειώνονται οι απώλειες του συστήματος λόγω του φαινομένου κορόνα (σε αντίθεση με τη χρήση AC) και λόγω της υψηλότερης τάσης μεταφοράς. Ακόμη, με την τεχνολογία HVDC επιτυγχάνονται ευρύτερα όρια ευστάθειας του δικτύου.
Απαραίτητοι για τη μεταφορά με συστήματα HVDC είναι οι πολυεπίπεδοι αντιστροφείς για τη μετατροπή της συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη, λόγω της μείωσης της τάσης που εμφανίζεται στα άκρα των διακοπτών και της μείωσης της αρμονικής παραμόρφωσης της τάσης. Σε εφαρμογές HVDC με πολυεπίπεδους αντιστροφείς, πλεονέκτημα παρουσιάζει η τοπολογία MMC, καθώς παρέχει μία βιώσιμη και οικονομικά αποδοτική προσέγγιση στην κατασκευή ενός πολυεπίπεδου αντιστροφέα DC/AC με πολύ υψηλό αριθμό επιπέδων.
Η τοπολογία MMC είναι εύκολα επεκτάσιμη σε πολλά επίπεδα, καθώς αποτελείται από πολλές βαθμίδες ημι-γέφυρας ή πλήρους γέφυρας. Με τη χρήση αντιστροφέα με βαθμίδες πλήρους γέφυρας, η εξισορρόπηση της τάσης των πυκνωτών γίνεται με περισσότερους συνδυασμούς και υπάρχει η δυνατότητα της υπερδιαμόρφωσης. Οι αντιστροφείς MMC μπορούν να υλοποιηθούν με κάποιες βαθμίδες ημι-γέφυρας και κάποιες πλήρους γέφυρας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ενσωμάτωση των πλεονεκτημάτων των βαθμίδων πλήρους γέφυρας με το χαμηλό κόστος των βαθμίδων ημι-γέφυρας.
Οι τριφασικοί αντιστροφείς πολλών επιπέδων έχουν πολλά ελεγχόμενα διακοπτικά στοιχεία. Συνεπώς, είναι αρκετά δύσκολος ο ταυτόχρονος έλεγχος αυτών από μικροελεγκτές. Ωστόσο, οι μικροελεγκτές είναι απαραίτητοι, λόγω των δυνατοτήτων που προσφέρουν (όπως η εύκολη παραγωγή κυματομορφών ράμπας, τριγώνου και χρήση πολύπλοκων τριγωνομετρικών πράξεων).
Με τη χρήση HDL προγραμματισμού και μικροελεγκτών επιτυγχάνεται ο συνδυασμός των πλεονεκτημάτων που προσφέρουν οι μικροελεγκτές και της παράλληλης επεξεργασίας που προσφέρουν ο HDL προγραμματισμός.
Στο 1ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, παρατίθενται και αναλύονται σε βάθος τα συστήματα μεταφοράς HVDC, τα βασικά στοιχεία των HVDC δικτύων, τα καλώδια που χρησιμοποιούνται και η δυνατότητα μετατροπής των γραμμών μεταφοράς από AC σε HVDC. Ακόμη, γίνεται αναφορά στα συστήματα UHVDC. Στο 2o Κεφάλαιο αναλύονται οι βασικές τοπολογίες των πολυεπίπεδων αντιστροφέων. Έμφαση δίνεται στον αντιστροφέα MMC, καθώς πλεονεκτεί στις εφαρμογές HVDC. Στη συνέχεια αναλύονται οι σημαντικότερες τεχνικές διαμόρφωσης παλμών για πολυεπίπεδους αντιστροφείς και δίνονται παραδείγματα για εφαρμογή αυτών σε τοπολογίες MMC. Στο 3ο Κεφάλαιο αναλύεται η τεχνική διαμόρφωσης Space Vector PWM σε αντιστροφείς δύο και τριών επιπέδων, καθώς και τρόποι γενίκευσης της μεθόδου αυτής σε n-επίπεδα. Στο 4ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η λογική που ακολουθήθηκε και ο τρόπος υλοποίησης της SVPWM σε HDL, η προσομοίωσή της στο QuestaSim και εν τέλει η προσομοίωση του συστήματος στο Simulink, για αντιστροφείς τριών, πέντε και 21 επίπεδων. Τέλος, συνοψίζονται τα συμπεράσματα της μεταπτυχιακής διατριβής.