در الکترونیک-قدرت، مبدلها بهعنوان رابط قدرت در بسیاری از سیستمهای کاربردی از جمله سیستمهای انرژی تجدیدپذیر و HVDC استفاده میشوند. مبدلها، ساختارهای متنوع با ویژگیهای متفاوت دارند. مبدل های چندسطحی در مقایسه با مبدل های مرسوم دو و سهسطحی، قادر به تولید شکلموج هایی با تعداد سطوح ولتاژ بالاتر هستند. این قابلیت باعث شده این مبدل ها در مقایسه با مبدل-های دوسطحی، دارای ویژگی هایی نظیر کیفیت توان بالاتر، سازگاری الکترومغناطیسی بهتر و بهرهی بالاتر باشند. ساختار مدولار این مبدلها، قابلیت توسعه و افزایش سطوح را بهراحتی فراهم میکند. خصوصا در شرایط بروز خطا، ساختار مدولار مبدلها به سیستم اجازه میدهد تا محل خطا را مجزا کند و در بسیاری از موارد، قابلیت ادامهی کار را در شرایط خطا نیز فراهم سازد. امروزه از مبدل-های چندسطحی مدولار به طور گسترده ای در صنعت برق استفاده می شود. مبدل چندسطحی مدولار را می توان با استفاده از سلول هایی با ساختارهای مختلف برای پاسخ گویی به نیازهای کاربردی مثل تحمل خطای سمت DC، ریپل ولتاژ خازن کمتر و جریان های چرخشی کمتر و بهرهی بالا تحقق بخشید. در واقع، عملکرد و کارایی این مبدلها را میتوان با جایگزینی سلولهای چندسطحی بهبود داد. در عمل، سلول نیمپل از نقطهنظر اجزای کمتر و بهرهی بالاتر، محبوبترین سلول به شمار میرود و بهطور وسیعی در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. زیرا سادگی ساختار آن، موجب ساده شدن طراحی و کنترل مبدل نیز شده است. در عملکرد معمولی این سلول، تنها یک کلید روشن است، بنابراین تلفات توان کمتر و بازده بیشتری نسبت به بقیهی سلولها دارد. ولی ولتاژ خروجی سلول، صفر و سطح مثبت دارد و قابلیت مسدود کردن خطای DC را ندارد. اما سلول تمامپل، از سطوح ولتاژ منفی برای محدودکردن جریان در صورت بروز خطا در قسمت DC استفاده میکند، ولی تعداد ادوات و تلفات دو برابر نسبت به نیمپل دارد. بنابراین مبدل چندسطحی مدولار با سلول نیمپل مقرون بهصرفهتر است. اشکال عمدهی ساختار مبدل چندسطحی مدولار، وجود جریان چرخشی نسبتا بالا است که باعث کاهش کارایی مبدل، افزایش دما هنگام قطع و وصل کلیدها، افزایش نوسانات ولتاژ خازن و کاهش قابلیت اطمینان میشود. برخی معایب این مبدلها، طی سالها سبب رشد و تحول عظیمی در مبدلهای هیبریدی (ترکیبی) شده است. در ساختارهای هیبریدی، سلول ساختاری پایه از یک خانواده با سلول پایهی خانوادهی دیگر، ادغام میشود تا از ویژگیهای خاص یک خانواده برای از بین بردن کاستی ساختار دیگر استفاده شود. در بین این مجموعه، انتظار میرود مبدل چندسطحی هیبریدی بازوی متناوب با کاهش چشمگیر جریان چرخشی در مقایسه با مبدل چندسطحی مدولار، آیندهی درخشانی در صنعت داشته باشد. این مبدل، ترکیبی از عناصر مبدل منبع ولتاژ دوسطحی و مبدل چندسطحی مدولار است که با کاهش تعداد کلیدهای قدرت و کاهش جریان چرخشی بخشی از مشکلات مبدل چندسطحی مدولار را حل کرده است. دو ساختار نیمپل و تمامپل برای این مبدل ارائه شده که مزیت استفاده از مبدل هیبریدی بازوی متناوب بهصورت نیمپل نسبت به تمامپل، استفاده از کلیدهای نیمههادی کمتر، کاهش تلفات کلیدزنی و کاهش پیچیدگی سیستم کنترلی است. برای عملکرد مطلوب مبدل، علاوه بر طراحی مناسب ساختار، لازم است که چالش-های مبدل در نظر گرفته شده و سیستم کنترلی بهنحوی طراحی شود که اولا ولتاژ خروجی متناسب با سیگنال مرجع و با کمترین خطا تولید شود، ثانیا ولتاژ خازن های سلول ها در محدودهی نامی آن ها حفظ شود یا بهعبارتی، ولتاژ خازنها متعادل گردد؛ ثالثا جریان چرخشی که در اثر تغییرات ولتاژ خازن ها جاری می شود تا حد ممکن کمینه گردد. تحقیقات زیادی در این زمینه در جریان است که راهنماهای خوبی برای تحلیل و بهبود عملکرد مبدل هستند. تمرکز اصلی این رساله نیز بر شناخت و تحلیل ساختار این مبدل و ارائه-ی روشی برای بهبود عملکرد آن از طریق سیستم کنترلی است. ساختار مبدل بازوی متناوب، بهدلیل جدید بودن و مشکلات کمتری که در مقایسه با برخی از مبدل های چند سطحی دارد، در پژوهشهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. اما بهدلیل جدید بودن این ساختار، نسبتا مطالعات محدودی به طراحی سیستم کنترلی پرداختهاند. در این تحقیق، ابتدا به جزئیات ساختار مبدل بازوی متناوب و عملکرد آن در سیستم HVDC پرداخته میشود. سپس مطالعات اخیر که به طراحی، مدل سازی و طراحی کنترل کننده پرداخته اند، بررسی میشوند. تاکنون روشهای کنترلی متفاوتی برای مبدلهای چندسطحی مدولار پیشنهاد شدهاند که هرکدام نقاط قوت و ضعفی دارند و بسته به ساختار، هدف و کاربرد موردنظر، انتخاب میشوند. بنابراین بعد از مطالعهی انواع روشها و بررسی مزایا و معایب هریک؛ روش کنترلی پیشنهادی برای مبدل هیبریدی بازوی متناوب ارائه خواهد شد.