模块化多电平变换器两段式模型预测控制

模型预测控制具有鲁棒性强、多目标控制、动态响应迅速等优点。传统的单段式模型预测控制(single-stage model predictivecontrol,SS-MPC)应用在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)时存在权重因子整定困难、计算量大等问题。文中提出了一种两段式模型预测控制策略,该控制策略无需权重因子,交流侧电流追踪精度更高。推导了MMC的离散化数学模型和开关状态的占空比,建立了代价函数实现交流侧电流跟踪;在保持交流侧电流精确跟踪的同时,结合一种新的环流抑制策略实现环流抑制;提出了一种堆排序与归并排序相结合的排序算法用来维持电容电压平衡。最后在MATLAB/Simulink搭建三相十一电平的MMC仿真模型验证所策略的有效性。仿真结果表明,所提方法具有更好的输出电流跟踪精度和更低的谐波含量,且计算量较小。     

基于多通道信号分离器的MMC网侧背景谐波电流抑制策略

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)受电网背景谐波影响输出谐波电流的问题提出抑制策略。通过计算子模块能量波动函数得到MMC在背景谐波影响下的输出电压,进而分析了MMC网侧背景谐波电流产生的规律。利用交叉解耦复数滤波器设计了多通道信号分离器,实现了对MMC网侧谐波信号的分离提取。对所分离的各次谐波建立了MMC数学模型,并以此为基础设计了谐波电流抑制器;通过搭建双端HVDC输电模型对理论分析和抑制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,MMC网侧输出背景谐波电流规律与理论分析吻合,所提出的抑制策略能有效降低MMC网侧电流中的背景谐波含量。     

可改善中压MMC谐波特性的无差拍控制策略

为解决模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）输出电流畸变问题,提出一种中压直流配电网MMC的无差拍电流控制策略。该策略在每个控制周期内根据交流侧实际电流和参考电流的差值计算通断子模块的数量,使MMC能够在子模块开关次数较低的情况下增加电平切换频率。同时,所提策略无需比例积分调节（proportional integral control,PI）,且减少了坐标变换次数,具有较快的计算速度。     

可改善中压MMC谐波特性的无差拍控制策略

为解决模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）输出电流畸变问题,提出一种中压直流配电网MMC的无差拍电流控制策略。该策略在每个控制周期内根据交流侧实际电流和参考电流的差值计算通断子模块的数量,使MMC能够在子模块开关次数较低的情况下增加电平切换频率。同时,所提策略无需比例积分调节（proportional integral control,PI）,且减少了坐标变换次数,具有较快的计算速度。     

基于多变量校正的MMC快速有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control, FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control, MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。     

基于多步模型预测控制的模块化多电平换流器环流控制策略

模块化多电平换流器(MMC)以其结构模块化、低谐波输出以及冗余控制等优点在中高压领域得到了广泛的关注与研究。推导了MMC离散数学模型,提出了基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法,能够实现桥臂环流的多步优化控制并有效地降低预测控制计算量。首先利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测,再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测,最终求解出桥臂投入模块数的优化解,实现环流电流的多步优化控制,从而有效地抑制环流中的谐波电流。所提多步预测控制利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集,可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数,有效地降低控制器的计算量。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了201电平MMC时域仿真控制系统,仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

中压应用场景下模块化多电平换流器直流侧谐波等值电路建模研究

本文首先建立了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的时域平均模型.接着,为获取中压应用场景下MMC平均开关函数的谐波特性,建立了平均开关函数的动态相量模型.基于MMC的时域平均模型和平均开关函数动态相量模型,推导得到MMC的直流侧谐波等值电路.等值电路由直流侧等效谐波电流源和等效谐波阻抗组成,其中等效谐波电流源不仅能反映MMC交流侧谐波电流对直流侧谐波电流的传递作用,还能反映直流侧特征谐波电流特性.最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了MMC直流侧等值电路的正确性.     

基于谐波等值电路与快速仿真模型的MMC交流侧谐波分析

首先总结IEC/TR62001:2009标准中涉及交流谐波的各项谐波计算指标,推导出模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的交流侧谐波等值电路;然后根据MMC交流输出的阶梯波特性,提出一种基于多个方波叠加的MMC交流谐波简化分析方法;接着针对利用MMC详细电磁暂态仿真模型进行谐波分析仿真速度太慢的问题,提出一种利用MMC快速模型进行MMC谐波分析方法;最后在PSCAD/EMTDC下对基于Matlab的谐波解析分析进行了仿真验证,通过理论计算与数值仿真证明了本文所提出方法的正确性。     

模块化多电平换流器分桥臂电流控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电流控制系统大多基于d-q旋转坐标系,并将MMC上、下桥臂当成整体进行控制。为此,提出了MMC分桥臂电流控制策略。推导MMC单桥臂的开关周期平均值模型及小信号模型,并在此基础上设计桥臂电流闭环控制系统。该策略不仅能灵活控制MMC的交流输出电流和直流电流,而且能抑制上、下桥臂间的交流环流。算例结果证明了该策略的有效性。     

模块化多电平换流器的主动谐波谐振抑制策略

联接云南电网与南方电网主网的鲁西背靠背直流异步联网工程异步联网工程投产初期,广西侧送出交流线路受故障影响仅剩一回,随后广西侧母线电压和输出电流中出现了频率为1 270 Hz的谐波分量,引起柔性直流单元换流变压器分接开关频繁动作,最终导致柔性直流单元跳闸。首先,从鲁西背靠背直流异步联网工程高频谐振事件入手,分析大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与交流系统的谐振机理;接着,给出了MMC谐波阻抗的计算方法,利用阻抗分析法分析了高频谐振的条件,并提出MMC的控制结构改进方法,有效抑制了其输出电流的高频谐波分量;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对谐振事故现象进行了复现,证明了所提抑制策略可以实现对高频谐波谐振的有效抑制。     

三相光伏并网逆变器多目标优化模型预测控制

三相电压型并网逆变器广泛用于光伏发电领域。逆变控制方法用于提高并网系统效率和响应质量。模型预测控制策略使用离散时间模型预测下一个采样周期所有可能的输出值,根据评估函数选取最优电压向量。将模型预测控制用于三相电压型并网逆变器中。首先,建立三相光伏逆变器在d-q坐标系下的瞬时功率数学模型。其次,设计预测函数在线预测逆变并网参数。选择合适的目标函数控制逆变器下一采样周期的输出值。d-q坐标系下的跟踪精确迅速,所提出的控制策略计算量小,无需PWM调制,更容易实现。然后,对模型预测控制进行多目标优化。设计电流解耦控制减小系统输出有功功率,改变评估函数提高输出电流质量,修正交流侧电压参数提高预测的准确性。最后,仿真和实验结果证明提出的控制策略输出电流具有良好的动态性能和较低的谐波畸变率,可快速跟踪给定的参考值,具有无功补偿的功能。     

光伏并网逆变器模型预测电流控制研究

在αβ两相静止坐标下建立逆变器输出电流的预测模型,通过评估函数对逆变器输出的不同电压矢量进行最优选择,预测函数计算出下一时刻可能的输出值。当评估函数取值最小时,对应的电压矢量为最优,采用此时的开关状态对逆变器进行控制,实现并网电流快速跟踪参考电流。该控制方法无需脉冲宽度调制信号,通过单次坐标变换,避免了复杂的运算过程,降低了控制偏差。仿真结果表明当参考电流动态变化时,模型预测电流控制能快速跟踪参考电流变化。当光伏电池的光照强度变化时,模型预测电流控制能快速追踪光伏电池最大输出功率点,且逆变器输出电流谐波畸变低。通过对比传统空间矢量脉宽调制控制下的输出波形,验证了模型预测电流控制策略的有效性。     

交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)接入交流系统可能会对交流断路器清除短路故障造成影响。基于MMC的拓扑结构和控制策略,分析了交流系统短路故障下MMC对交流断路器的影响。然后,研究了交流系统发生对称短路故障时,MMC的运行工况对短路电流的影响,发现MMC对短路电流的贡献主要来源于MMC向交流系统注入的无功功率。接着,研究了交流系统发生非对称短路故障时,MMC在不同运行工况下贡献的三序短路电流的计算方法,得出MMC阀侧零序和负序电流为0,阀侧正序电流是三相对称的且大小由运行工况决定的结论。最后,提出了交流系统对称短路和非对称短路故障下抑制MMC贡献的短路电流的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所得结论的正确性以及控制方法的有效性。     

MMC-UPFC在南京西环网的应用及其谐波特性分析

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)是当前最新型的柔性交流输电技术,与柔性直流输电中MMC交流电压在额定值附近不同,理论上UPFC串联侧MMC输出电压可在零到额定值之间任意可调,在调制比较小时,换流器输出电压中将含有较大的谐波成分。结合南京西环网UPFC实际工程,为研究基于MMC的UPFC对电网谐波的影响,从UPFC工作原理出发分析MMC谐波理论计算方法及分布特性,给出了UPFC接入系统后电网谐波的计算公式,用于评估系统各种运行方式下UPFC在不同子模块数量及电压调制比下的谐波特性及其对电网电压谐波的影响,为工程设计和系统运行维护提供依据。最后,理论计算和仿真结果验证了所提出的谐波分析计算方法的有效性。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。