模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构研究综述

随着电力电子技术的快速发展,模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型的多电平换流器的拓扑结构,与传统的两电平或三电平VSC相比,MMC具有电压等级控制灵活、谐波含量少、开关损耗低等特点,在高压直流输电和高压电能变化的领域得到了广泛的应用和研究。文中介绍MMC的基本拓扑结构以及工作原理,重点阐述了具有直流阻断能力的MMC多种拓扑结构以及最新研究现状,对比基本的MMC拓扑结构,新型的MMC拓扑结构有哪些优势,并对其应用范围和优缺点做了归纳和分析。     

三电平STATCOM不平衡控制策略研究

与传统两电平静止同步补偿器相比,多电平静止同步补偿器由于具有电压等级和装置容量高、输出波形质量好等优点在高压大功率场合得到了广泛的应用。本文首先对三电平STATCOM（静止同步补偿器）的工作原理和运行特性进行了阐述,接着针对阻感负载提出了一种基于序分解的三电平STATCOM不平衡控制策略,并在电网电压不平衡以及负载不对...     

一种MMC-STATCOM的改进环流抑制策略研究

模块化多电平静止同步补偿器(MMC-STATCOM)的环流,对系统的运行状况有直接影响,且会增加装置功率损耗。传统的比例积分控制器只能对环流中的直流分量进行控制,为了有效抑制各次谐波,引入重复控制,提出一种基于比例重复控制器的环流谐波抑制策略。该方法结合MMC-STATCOM自身的环流谐波特性,优化控制环节,提升了控制速率,并将比例积分调节器简化为比例调节器,使控制变量更易于设计。在MATLAB/Simulink平台搭模型进行仿真试验,验证了所述方法能够有效控制环流,使桥臂电流更接近正弦波,有利于MMC-STATCOM的稳定工作。     

STATCOM稳定电网电压性能的仿真分析

针对电网运行电压不稳定的情况,采用静止同步补偿器(STATCOM)对电网进行无功功率补偿以稳定运行电压。文中给出了运行电压和无功功率的关系,阐述了STATCOM的基本结构与工作原理,分析了STATCOM的控制方法及策略。并根据工作原理和控制方法,在Matlab环境下搭建了基于δ和λ的双控制变量STATCOM模型。仿真结果表明,STATCOM可精确、快速地补偿电网所需无功功率,达到了稳定运行电压的目的。     

一种简易交错级联式多电平逆变器

多电平变换器以其输出电能质量高、谐波失真小、电磁干扰小等优点受到了广泛的关注。然而,现有多电平逆变器存在器件数量较多和电压应力较大等缺点。对此,提出一种新型简易级联式多电平逆变器拓扑结构。首先,介绍了逆变器的拓扑结构,讨论了变换器的对称和非对称形式。然后,将该拓扑结构与级联H桥变换器进行了比较分析。结果显示,该拓扑结构减少了开关数量和门驱动器数量。同时,该拓扑的峰值反向电压低于传统CHB变换器。此外,模块化是该拓扑的另一个重要特征。最后搭建一台样机进行实验,证明了所提出电路的有效性和可行性。     

基于PSCAD/EMTDC的三电平电压源型STATCOM的仿真研究

根据STATCOM的基本原理,分析和推导了其数学模型。根据其数学模型,利用PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件建立了三电平静止同步补偿器STATCOM的仿真模型。采用SPWM调制方式和PI调节的控制策略来控制系统的直流侧电压的稳定和输出无功功率的大小,并对其进行了仿真。仿真结果证明采用此种控制策略能够达到控制要求,也说明了三电平电压源型STATCOM可以很好地补偿无功功率,提高功率因数,有效地改善电能质量。     

级联型并联有源电力滤波器控制方法的研究

针对传统两电平拓扑结构的有源滤波器容量较低的缺点,本文提出了基于CPS—SPWM技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS—SPWM技术与级联H型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。本文对基于瞬时无功功率理论的谐波电流提取方法进行了详细的分析,该控制方法更为简单、有效;并对2级级联5电平的并联有源滤波器系统进行仿真,仿真结果表明该系统能够在较低的器件开关频率下实现较好补偿效果,证明了该方法的正确性和实用性。     

NLM调制策略在MMC中的应用

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)以其独特的拓扑结构使其在柔性直流并网中具有独特优势,文中介绍了MMC的拓扑结构以及在最近电平逼近(Nearest Level Modulation,NLM)调制方式的工作原理,并通过MATLAB/Simulink软件仿真验证了该策略的有效性。     

基于电网电压补偿的多电平变频器控制方法研究

提出了一种基于电网电压补偿的多电平变频器控制方法，从主回路拓扑结构出发，以低压变频器规则采样法为基本理论，详细介绍了适合于多电平变频器控制的理论分析和算法推导过程。并给出了适合数字信号处理的采样原理和采样时序。直接根据电网电压的变化，实时调节输出电压，能获得与闭环系统相媲美的理想机械特性和运行效果。该方法不仅具有计算步骤简单、输出SPWM对称性好、精度高和控制方便的特点，而且适用于任何电平数目及拓扑结构。试验结果表明，和其他多电平控制方法相比，使用效果好，有很高的利用价值。     

采用最优控制无功STATCOM功率流的解决方案

文中给出了一种解决最优无功潮流的应用程序来控制STATCOM无功功率的输入。通常情况下,一个无功功率补偿器,例如STATCOM,可以由不同的方式来控制。它是一个优化程序,当同时满足所有系统的约束时,在这个程序中特定的目标将最小化。最优无功功率的解决方案是用来设定为STATCOM控制器的参照。为了证明该控制方法,一个简单的three-bus测试系统的24 h最优潮流计算被用来做测试。结果表明,采用最优无功潮流计算的无功功率补偿有利于将整个电力系统操作的损失最小化,同时系统电压是稳定的。     

Simple Unified Approach to Develop a Time-Domain Modulation Strategy for Single-Phase Multilevel Converters

Single-phase power converters are widely used in power applications as photovoltaics and fuel-cell power conditioners. In addition, multilevel converters are a well-known solution in order to achieve high-quality output waveforms in power systems. In this paper, a time-domain duty-cycle computation technique for single-phase multilevel converters named 1DM is presented. The proposed technique is based on geometrical calculations with outstanding simplicity and generality. The proposed modulation technique can be easily applied to any multilevel converter topology carrying out the necessary calculations. The most common multilevel converter topologies have been studied in this paper as examples to introduce the proposed modulation strategy. Any other multilevel converter topology could be studied, and the corresponding 1DM could be easily developed. In addition, the well-known optimized voltage balance strategy for voltage capacitor control using the redundant switching states of the system is applied working with the proposed 1DM method, showing that both techniques are compatible. Experimental and simulation results for several single-phase multilevel converters are shown to validate the proposed modulation technique.      

基于注入电流扰动法的光伏直流模块的防孤岛控制

传统的交流型并网发电系统中,可以通过检测电网电压或频率,采用有功扰动、无功扰动或频率扰动等方法实现防孤岛控制。而在共直流母线系统中,母线直流电压是唯一可检测的变量,因此传统的防孤岛控制策略无法适用。以共直流母线分布式系统中光伏直流模块的防孤岛控制为研究对象,建立了模块正常运行和孤岛运行时的数学模型,推导得到了在两种工况下模块输出电压的时域表达式,并在此基础上提出了一种基于注入电流扰动法的新型防孤岛控制策略。该控制策略的核心思路是通过控制模块输出电流和扰动步长来改变在扰动时间内模块的输出电压特性,并根据检测判据来决策是否发生孤岛。最后,本文以Boost+FB-LLC的两级式结构作为光伏直流模块的工作拓扑,并设计了一台1000W的实验样机,样机实验结果验证了本文所提出的防孤岛控制策略的有效性。     

Two-stage voltage control strategy for PV plants based on variable droop control

ABSTRACT

Voltage violation is an important factor that restricts grid-connected photovoltaic system. The utilization of PV plant’s reactive power capability is an effective measure to mitigate voltage violation. This paper proposes two-stage voltage control strategy to enhance the voltage support capability of photovoltaic grid-connected system. In first stage, adaptive gains are set according to the maximum reactive capacity of each PV plant in order to distribute reactive power among PV plants more reasonably, avoiding certain PV plants operating in the limit state for a long time. In second stage, when the reactive power capacity is insufficient, the priority of active power curtailment for each PV plant is calculated in real time. Active power curtailment control will be performed in PV plants with high priority to released more reactive power capacity for voltage support. The simulation results carried out by PSCAD/EMTDC software demonstrated that this strategy can effectively solve the voltage violation problem. Meanwhile, the proposed strategy not only can exploit reactive capacity of each PV plant as much as possible to avoid certain PV plants operating in the limit state for a long time, but also can reduce the amount of active power curtailment when reactive power adequacy is insufficient.     

Advanced Control and Analysis of Cascaded Multilevel Converters Based on P-Q Compensation

This paper introduces new controls for the cascaded multilevel power converter. This converter is also sometimes referred to as a ldquohybrid converterrdquo since it splits high-voltage/low-frequency and low-voltage/pulsewidth-modulation (PWM)-frequency power production between ldquobulkrdquo and ldquoconditioningrdquo converters respectively. Cascaded multilevel converters achieve higher power quality with a given switch count when compared to traditional multilevel converters. This is a particularly favorable option for high power and high performance applications such as naval ship propulsion. This paper first presents a new control method for the topology using three-level bulk and conditioning inverters connected in series through a three-phase load. This control avoids PWM frequency switching in the bulk inverter. The conditioning inverter uses a capacitor source and its control is based on compensating the real and reactive (P-Q) power difference between the bulk inverter and the load. The new control explicitly commands power into the conditioning inverter so that its capacitor voltage remains constant. A unique space vector analysis of hybrid converter modulation is introduced to quantitatively determine operating limitations. The conclusion is then generalized for all types of controls of the hybrid multilevel converters (involving three-level converter cells). The proposed control methods and analytical conclusions are verified by simulation and laboratory measurements.     

有功和无功功率可调的级联式电能装置及其控制方法

为了对可再生能源发电系统输出的波动有功功率进行调节,提高电力系统的电能质量和可靠性：本文基于已有的级联式电力电子变换装置,论及了一种同时具有有功功率和无功功率调节的电能装最。基于该装置在d,q坐标系下的数学模型,提出一种在有功功率以及无功功率调节时的直流侧电压控制方法。最后,利用MATLAB仿真工具对6kV,3MW／MVA的系统进行仿璇,仿真结果验证了系统的可行性和有效性。     

有源电力滤波与光伏发电的统一控制研究

本文提出一种光伏并网发电与有源电力滤波器的统一控制策略,新的系统结构和控制策略在实现光伏并网发电的同时,也能对系统进行无功及谐波补偿,实现一机多能,通过整合资源,降低成本,推动APF和光伏发电技术的共同发展。文中对APF和光伏并网的统一控制原理、新系统结构的演变、系统工作原理和控制策略等进行了详细的分析研究,利用MATLAB/Simulink对提出的APF和光伏发电统一控制系统进行了仿真验证,仿真结果验证了提出的系统结构及控制策略的可行性和正确性。     

Flying capacitor multilevel inverters and DTC motor drive applications

In this paper, the requirements imposed by a direct torque control (DTC) strategy on multilevel inverters are analyzed. A control strategy is proposed in order to fulfill those requirements when a flying-capacitor multilevel inverter is used. Simulation and practical results will confirm the performance of the proposed strategy when using the multilevel inverter to control an induction motor by the DTC principle. Also, the advantages of using a multilevel inverter with a DTC strategy are shown by simulation results.     

级联型多电平逆变器中多载波PWM控制方法的改进

级联型多电平逆变器由于其模块化结构、便于生产高度、更换容易等特点，受到电力电子工程技术人员的广泛关注。本文通过对于级联型多电平逆变器几种典型的控制方法的分析比较，提出了一种改进多载波PWM控制方法。该方法通过改变载波的幅值，使级联逆变器的各个逆变单元开关规律相同，并使所有的开关器件的损耗一致，有利于逆变单元的统一设计和可靠运行。     

一种高频电磁隔离的驱动方法研究

针对电力电子电路高频化应用趋势,提出了一种高频电磁隔离驱动方法。文中分析了基于数字控制芯片和模拟电路实现电磁隔离驱动的工作原理, 具体给出了硬件电路的设计和软件的配置方法。 该电磁隔离驱动方法,能为脉宽连续变化的控制脉冲提供隔离放大,且脉冲占空比能在 0 ~ 1. 0 的范围内进行调节,除了具有绝缘强度高,抑制共模干扰能力强等优点之外,还具有成本低、动态响应速度快的优点,适用于高功率密度要求下电力电子变换器中开关管的驱动。实验结果表明:研究的驱动方法是行之有效的,具有很好的实际应用价值。     

基于ARM无功补偿控制系统设计

随着用电需求的增大,电网中感性用电设备对无功功率的需求日益增大,被消耗的无功若得不到及时补偿,将严重影响电网的运行效率。为此,本文以模糊PID参数自整定为控制策略,设计了基于ARM无功补偿控制器,将传统的PID控制和模糊控制相结合,通过模糊推理来达到PID参数自调整的目的。设计采用实时多任务、可移植的嵌入式μC／OS—Ⅱ操作系统,以32位RISC微处理器s3C2440为控制中心,采用RS-485完成于上位机之间的信息传输。该控制系统控制精度高,设计更为简单,易于实现,达到了预期目标,具有很好地应用前景。