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。     

基于最近电平调制的MMC控制策略研究及仿真

模块化多电平换流器(MMC)因其开关耗损小、不依赖于器件串联技术等优势,成为高压大功率变流领域的研究热点.简要分析了基于MMC的最近电平调制(NLM)的原理,在电容电压排序法的基础上提出了上下桥臂电压的平衡控制.在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了基于MMC的最近电平逼近调制及其整流的仿真,结果表明最近电平逼近调制方式十分适用于MMC的大功率场合.     

一种模块化多电平的改进最近电平调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其模块化设计易于扩展、开关频率低等特点,在中高压大功率系统中得到越来越多的应用;而最近电平调制(nearest level modulation,NLM)作为一种实时阶梯波调制方式,常用于上百个电平数的场合。首先对MMC的基本结构和最近电平调制的运行机理进行分析,推导出该调制策略所存在的固有缺陷;在此基础上,提出了改进的最近电平调制策略。通过引入调制波与阶梯波间偏差,有效避免了在电平数较低情况下电容电压波动、环流等问题。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的最近电平调制策略进行了比较分析。仿真结果表明该改进调制策略可以提高系统的稳态运行特性,对子模块电容电压波动和环流产生抑制作用。     

采用卡尔曼滤波算法的模块化多电平换流器电容值在线估计方法

为预防模块化多电平换流器中子模块电容器老化失效而引发系统安全问题,提出一种模块化多电平换流器子模块电容器电容值在线估计方法.首先,采用卡尔曼滤波滤除传感器采集桥臂信息存在的测量噪声;然后,利用传感器监测桥臂电流和子模块电压信息并对其进行离散化处理,建立电容、电压及电流的数学模型,实时估计子模块电容值的情况;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建8电平系统进行仿真验证.结果表明,所提出的方法稳态时估计误差在1%以内,能够实现在线估计,有利于预测性防护,提高系统的可靠性.     

混合九电平逆变器的脉冲宽度调制

为实现混合九电平逆变器在变压变频调速场合中的应用,该文在分析混合九电平逆变器脉冲宽度调制(PWM)方法的基础上,深入研究了混合九电平逆变器的死区效应,并提出一种改进的补偿方法。同时,为保证混合九电平逆变器的运行安全,采用注入零序电压的方法来控制H桥辅助逆变电路的电容电压平衡。实验结果验证了电容电压平衡控制方法的有效性,而且采用改进的死区补偿方法能够补偿死区效应导致的不正常脉冲,使得混合九电平逆变器能输出较好的电压波形,输出电压总谐波畸变率小于3%。     

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.     

MMC-HVDC的环流抑制和并网控制策略

为了使得柔性直流输电MMC-HVDC更加稳定地接入电网,并且有效地抑制其桥臂环流,提出了一种改进型的控制策略.首先,实时监测上、下桥臂电流以及子模块电容电压;通过计算得到环流抑制分量以及子模块电容电压平衡分量,将两者叠加到MMC的调制波中,从而有效地抑制桥臂二次环流分量,同时也降低了系统的开关损耗.然后,利用并网控制策略,独立地控制系统的整流侧和逆变侧的电力潮流,保证直流母线电压在负荷改变时保持恒定,实现了子模块电容电压的动态平衡.最后,搭建MMC-HVDC系统的仿真模型,仿真结果表明,桥臂环流被有效地抑制,直流母线电压保持恒定.同时,搭建了五电平实验样机,实验结果也有效地证明了控制策略的正确性.     

级联型多电平逆变器SVPWM控制研究

由H桥级联型逆变器主电路结构,分析出了逆变器电压输出实质可看作其各H桥单元左、右桥臂矢量形成的三相两电平逆变器组输出电压之差。把相移原理和空间矢量脉宽调制技术(SVM)结合推导出了适合于H桥单元串联叠加逆变器的相移空间电压矢量调制技术。利用双重傅里叶变换(DFT)的频域变换方法分析了相、线电压的输出特性。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建相移SVPWM方法的仿真模型,验证了该方法的有效性和正确性,并分析了载波调制比M变化对相移SVPWM的电压输出电平数、基波幅值和电压总谐波畸变的影响。     

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.     

模块化多电平换流器子模块均压方法

子模块的均压问题是研究模块化多电平换流器(MMC)的关键技术。针对传统子模块电容电压均衡控制存在调制波计算量大的问题,提出一种优化的电容电压均衡控制策略,该策略在传统子模块电容电压均衡控制的基础上,引入2个开关,并设置2个电容电压偏差参考值与实际值进行比较来判断开关的开通与关断。这种方法不仅可以使电容均压计算量减少,而且可以切除故障子模块。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC的仿真模型,仿真验证该方法的正确性和有效性。     

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.     

模块化多电平变流器输出电流谐波抑制策略

最近电平逼近是模块化多电平逆变器(MMC)常用的调制方法之一,当模块数偏少,或者调制电压过低时,输出电流会产生畸变.从原理上分析了MMC输出电流谐波畸变产生的原因,然后提出了一种抑制MMC输出电流谐波的控制方法.该方法对输出电流进行分频提取后通过PI调节器得到反相谐波电压,最后将反相谐波电压叠加到调制电压上获得总的参考电压.所提出的方法简单可行,易于实现.仿真分析和实验结果表明,采用本文所提出的方法,模块化多电平变流器输出电流的畸变得到较好的抑制.     

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。     

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。     

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。     

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.     

具备阻断直流侧故障电流模块化的多电平换流器应用研究

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半桥子模块和箝位双子模块串联组成,降低稳态运行损耗和元器件使用数量;阐述该新型拓扑的基本参数选取原则及上、下2组子模块的协调投切过程;针对新型MMC拓扑,采用相应的模型预测控制策略。最后,通过实验进行验证。研究结果表明:新型拓扑不仅具备阻断直流侧故障电流能力,而且在子模块数量相同时,输出电平数增多,交流电压输出波形更接近正弦波。     

模块化多电平换流器子模块故障仿真与诊断

分析了模块化多电平换流器(MMC)的工作原理和故障特性,搭建了基于MATLAB/Simulink的五电平MMC故障仿真平台,对子模块中IGBT器件的开路、短路和高阻等故障状态进行模拟,总结出发生不同故障时输出直流电压、子模块电容电压和交流侧三相电流的变化特征,可为MMC故障诊断与故障模块定位提供参考。     

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。     

基于优化的VSVPWM三电平NPC逆变器控制策略

针对中点箝位(NPC:Neutral-Point-Clamped)型三电平逆变器直流侧上下两个电容电压不一致,以及传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM:Spatial Vector Pulse Width Modulation)虽然可在一定的调制度范围内解决两个电容电压不一致,但在较大的调制比下中点电位无法维持平衡的问题,在传统SVPWM和虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM:Virtual Space Vector Pulse Width Modulation)的基础上优化控制方法。该方法依据电流的流向对不同的正、负小矢量采用不同大小的平衡因子,同时根据中点电位差值,引入电压调差系数,并在此基础上与无差拍控制相结合。该闭环控制策略利用中点电位差值与逆变器三相电流输出值作为反馈量调整输出波形,抑制中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器调制度较高时仍然可以维持直流侧中点电位的平衡,证明了控制策略的正确性和有效性。