一种改进的MMC电容电压均衡控制方法

电容电压排序法是一种简单有效的MMC电容电压均衡方法,传统的排序算法会导致子模块反复投切,造成器件开关频率过高,增加了MMC的运行损耗.为此提出了一种改进的方法,即由允许的电容电压偏差大小和桥臂电流计算出维持子模块电压均衡所需的最小排序频率,并将排序频率控制在该最小值处,减少了不必要的子模块投切次数,从而在较低的开关频率下维持各子模块电压的均衡.在Simulink中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的两种方法进行对比,仿真结果表明:改进的排序法能够有效降低开关频率,降幅可达70%.     

基于子模块电容电压分块的MMC直流均压控制法

针对模块化多电平换流器在均压控制方面排序慢,开关动作次数多,以及换流器损耗大的问题,提出一种提高MMC的电容电压分块均压控制方法.依据桥臂电容电压极值来确定分块组合个数,用排序的复杂度和电压均衡效果来确定分块的多少,将不同大小的电容电压子模块放入不同的分块组合中,然后根据需要投入子模块的数目和电流方向进行优化排序,改变子模块的投入和切除状态.在PSCAD/EMTDC中21电平的MMC仿真结果显示,提出的均压方法加快了均压控制的排序,同时利用IGBT使换流器的开关损耗得到了降低.     

模块化多电平功率变换器建模与控制

子模块均压控制是保证系统正常运行的前提,而模块化多电平变换器(MMC,modular multilevel converter)工作时各子模块电容电压不能时刻保持均衡.为了解决此问题,文中采用载波移相的调制策略以及冒泡排序算法对MMC子模块电容电压进行有效控制,使其达到均衡.最后通过MATLAB搭建了MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.     

基于模块化多电平换流器电容均压控制的环流抑制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电压波动导致相间环流过大的问题,在设计MMC子模块均压的基础上,提出一种将低通滤波器与并联的多个准比例谐振(quasi proportional resonant,QPR)控制器结合的新型环流抑制器.首先介绍MMC基本拓扑结构及分析MMC桥臂子模块电压波动与桥臂环流的机理关系,然后提出基于MMC电容均压控制的环流抑制策略,最后在Matlab/Simulink中验证该方案的有效性与可行性.仿真结果表明,MMC子模块电容电压波动幅度较小,并且MMC中高频与低频环流均在合理范围之内.     

模块化多电平变流器的STATCOM电容电压改进平衡控制研究

模块化多电平变流器(MMC)子模块电容电压的平衡与否严重影响STATCOM对电网无功的补偿效果。文中针对传统PI控制器无法抑制环流对均压效果的影响,根据能量均分原则和电压均衡原则,使用PIR控制器对环流实现无静差调节。首先通过平衡控制器产生对应于每个子模块的参考电压,并结合载波移相调制策略(CPS-SPWM)来修正MMC每个子模块开关器件的调制波,确保各子模块的电容电压维持在一个较小的动态波动范围内,最终使STATCOM对系统具有较好的无功补偿效果。最后,运用MATLAB/SIMULINK仿真软件验证了所提策略具有较好的均压效果。     

网压不对称工况下MMC桥臂能量优化控制

为保证模块化多电平换流器安全稳定运行和降低其对子模块电容的需求,针对模块化多电平换流器在网压不对称时出现的各桥臂间能量不平衡以及子模块电容能量波动增加等问题,提出一种适用于网压不对称工况下MMC桥臂能量优化控制策略。该方法在分析网压不对称工况下MMC内部能量变化的基础上,以抑制负序电流为系统控制目标,优化控制MMC桥臂电流各分量,进行相间及同相上下桥臂间能量平衡控制,并采用环流注入控制策略减小子模块电容能量波动,从能量平衡和降低能量波动2个方面优化控制网压不对称工况下MMC内部桥臂能量,实现MMC的安全稳定裕度提升,降低MMC对子模块电容的需求。最后,通过MATLAB/SIMULINK进行仿真验证。研究结果表明:本文所提出的控制策略能有效实现对MMC内部能量变化控制,有助于系统稳定运行。     

具备故障电流阻断能力的改进型子模块及特性

实际工程中如何实现直流故障电流的阻断是基于模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)的柔性高压直流输电(flexible high voltage DC transmission based on MMC, MMC-HVDC)系统中亟需研究与解决的关键问题之一。在分析已提出的子模块拓扑的基础上提出一种带有双向开关的钳位双电容子模块(clamp double capacitor bidirectional switch sub-module, CDCBSSM),该子模块拥有双电容可以输出三个电平,发生故障时将电容反向串联进故障回路中,利用电容的反向电压在抑制故障电流的同时迫使钳位二极管处于偏置状态从而快速切断故障电流且闭锁后电容电压较为稳定。与其他子模块拓扑相比该子模块单位电容下所需功率器件的数量最少,具有良好的经济性。在MATLAB仿真平台上对该子模块的故障阻断特性进行验证,仿真结果证实该子模块在阻断直流故障电流方面的确有效且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。     

基于载波移相调制的MMC控制策略研究及仿真

为研究模块化多电平换流器(MMC)的控制策略,首先介绍了MMC的拓扑结构及其基本工作原理,在对比其他调制策略的基础上,综合考虑该新型换流器的结构特点以及需要实现的电平数,选取了载波移相正弦脉宽调制策略(carrier phase-shifted PWM,CPS-PWM);接着根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,针对载波移相调制策略,选择了一种子模块电容均压策略,以确保子模块电压稳定在同一水平;最后通过仿真结果验证所设计的控制策略的有效性。     

海上风电传输中MMC的模型预测控制

针对海上风电柔性直流输电系统(HVDC)中模块化多电平换流器(MMC)的循环电流抑制及MMC中子模块电容电压平衡问题,提出一种模型预测控制(MPC)策略。该方法根据系统的离散时间数学模型,开发对应的预测控制方式,将每个MMC单元中最佳的开关状态问题转化为求目标函数的最优化问题,以抑制环流,并实现MMC单元的电容电压平衡。最后利用MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,研究结果表明:该模型预测控制策略是有效的和可行的,且实现原理简单,适用于海上风电传输的MMC-HVDC系统。     

柔性直流输电用子模块电容器电容值在线获取方法

针对柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)子模块电容器常常会老化失效,威胁系统安全的问题,以监测MMC子模块电容器状态为目标,提出了一种采用自适应滤波器的柔性直流输电用子模块电容器电容值的在线获取方法。首先,利用实时反馈到控制系统的子模块电压和桥臂电流信息,基于离散化处理后的电容器电压、电流以及电容值的关系,实时计算得到电容器电容值;然后,引入自适应滤波技术滤除计算结果的噪声,得到最终电容值的计算结果。利用Simulink仿真平台和阀段试验平台实测数据对所提计算方法进行了验证。验证结果表明,最终的电容值计算结果始终稳定在真值附近,当电压电流测量的不确定度小于1%时,可以保证计算结果误差小于0.5%,能够满足子模块电容器状态监测的需求。     

适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高，且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题，提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先，引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数；在此基础上，分析阶梯波修正量对电容电压的影响，提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法，实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制，从而限制电容电压波动范围，提高设备安全裕度.最后，在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.     

混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略

基于半桥子模块和全桥子模块组成的子模块混合型模块化多电平换流器桥臂不仅具备直流侧故障自愈能力,而且具有更高的设备利用率和更低的功率损耗特性,提出一种适用于换流器输出电平数较少的该类子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的改进载波移相控制策略。该控制策略将载波移相调制和基于排序的传统子模块电容电压均衡方法相结合,采用附加控制器维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,并在PSCAD/EMTDC中搭建子模块混合型MMC仿真模型。研究结果表明:所提出的改进载波移相控制策略是可行和有效的,采用附加控制器可维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,有效避免最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)应用于电平数较少换流器带来的谐波问题,提高波形质量,适用于子模块数量较少的低电压场合。     

模块化多电平换流器优化模型预测控制策略

为了保证MMC-HVDC系统的安全稳定运行,针对网压不对称工况下模块化多电平换流器出现的内部能量分布不均以及波动增加等问题,提出基于能量分析的模块化多电平换流器优化模型预测控制策略。通过对网压不对称工况下换流器内部能量进行分析,采用一种优化的模型预测控制,针对交流侧相电流、MMC内部环流、子模块电容电压设计3个独立的控制阶段,避免权重选取。最后,通过MATLAB/SIMULINK软件进行仿真验证。研究结果表明:所提出的控制策略在有效控制MMC外部特性的同时,能实现MMC内部能量控制。     

一种改进的模块化多电平换流器模型预测控制策略

模块化多电平换流器以其高效率、低谐波、开关频率低的特点在高压高功率输配电领域得到了日益广泛的应用。模型预测控制可以控制多个被控变量。传统模型预测控制应用于具有大量子模块的模块化多电平换流器系统时,计算量巨大,无法实现实时控制。本文提出一种基于桶排序的双层模型预测控制方法。对电容电压进行桶排序,将电压排序后的子模块按次序等分为若干组,通过第一层模型预测控制确定需要插入桥臂的组数,再通过第二层模型预测控制进一步确定需要插入的子模块。在PSCAD/EMTDC下搭建模块化多电平换流器仿真系统,验证了所提方法的有效性。     

改进的最近电平调制策略在模块化多电平变换器中的应用

为了提高模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)在子模块数量较少时使用最近电平调制(nearest level modulation,NLM)的输出电压质量,以及上下桥臂电压的平衡,提出了一种改进的最近电平调制方法。与传统最近电平调制方法相比,改进的调制方法的优势在于能够将输出电压电平数从N+1增加到2 N+1,在不改变子模块电容平均电压的情况下,降低了输出电压的总谐波失真,并且减小了子模块电容电压的波动以及上下桥臂电压均值的差异。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了控制策略的有效性。     

模块化多电平拓扑结构在统一潮流控制器中的应用

本文分析了一种采用模块化多电平技术的潮流控制器（MMC-UPFC）的拓扑结构,指出该拓扑具有可靠性好、模块化程度高、容量拓展灵活等特点。同时分析了MMC运行特征,并将模块电容均压与脉宽调制技术相结合,提出了一种即能实时保持模块电容均压又可极大减少开关动作次数的脉宽调制策略。本文最后通过仿真,验证了上述控制策略的正确性。     

基于零电压直流均压电路和分层控制的中压级联有源滤波器

级联有源滤波器拓扑结构简洁,可不经变压器直接接入中压配网,但级联单元的数目大,控制繁杂,并且直流侧电容电压存在不均衡问题。该文提出一种中压级联有源滤波器分层控制策略,分离系统上层主功能控制和下层单元控制,扩大主控制计算的时间裕度,实现较复杂的控制算法,并保证系统动态响应速度;同时提出一种硬件辅助箝位电路及其软开关控制策略,实现直流侧电容能量交换与均压控制,并且通过相位与模式控制使辅助回路开关零电压(zerovoltage switching,ZVS)运行,提高辅助回路效率,降低开关噪声。仿真和实验研究证明:分层控制策略与软开关辅助箝位措施是实现中压级联有源滤波器的有效方法。     

H桥级联型整流器电容电压平衡控制策略

针对H桥级联型整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)的电容电压平衡问题,在建立CHBR数学模型的基础上,研究了一种基于PI控制的直流侧电容电压平衡控制策略,采用载波移相调制策略(carrier phase-shifted SPWM,CPS-SPWM),理论推导出调制比与有功功率之间的关系,得出该电容电压平衡控制的均压范围。搭建了三模块CHBR的仿真模型和试验样机,试验结果验证了该算法具有较好的均压能力。     

基于残差分析的MMC子模块故障定位

针对采用最近电平逼近调制(NLM)方式的模块化多电平换流器(MMC)系统,提出一种新的子模块故障定位方法。将给定的NLM阶梯波波形作为参考,与MMC输出的故障电压波形进行比较而构成残差,通过残差分析并结合子模块位置信息可以实现故障子模块的快速定位。在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了9电平MMC逆变器系统,仿真结果验证了该故障定位方法的有效性。     

模块化多电平换流器的快速数字仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑中含有大量电力电子开关元件,因而在基于器件电气物理模块的电磁暂态仿真环境中仿真速度十分缓慢.提出了一种基于简化阻抗变换矩阵的MMC快速数字仿真模型,将电气开关等效为两个状态的可控等效电阻,电容则等效为其暂态等值模型,从而构建了单个子模块的等效阻抗变换矩阵,通过等效电阻串联的方式,简化了矩阵计算,大幅降低了MMC的仿真时间.在Matlab/Simulink环境下搭建了MMC快速数字仿真模型,验证了该模型的有效性.