双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。文章基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于文章中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(Nearest Level Modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。     

基于模型预测控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)电流内环的动态响应速度,提出了一种MMC-HVDC系统的模型预测控制(Model predictive control, MPC)方法。该方法通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统双闭环控制PI参数整定困难和动态响应慢的问题。针对外环PI控制器参数对系统参数敏感的问题,对PI控制器参数进行了自适应调整,根据控制器的输入偏差和输出的大小来调整PI参数,提高了控制器的鲁棒性。针对子模块电容的均压问题,采用了基于排序法的最近电平调制(NLM)均压调制算法,有效地实现了子模块电容电压的平衡。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了5电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果表明了该控制策略的有效性和可行性。     

基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

文中提出了一种基于内环电流状态反馈解耦控制的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)高压直流输电(HVDC)系统控制策略。首先,在d-q同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC的数学模型,然后建立含内环电流控制和外环控制的MMC-HVDC双环控制系统。内环控制器实现对同步旋转坐标系下d轴电流、q轴电流精确跟踪控制,通过状态反馈解耦控制,实现dq轴电气量解耦的内环电流控制;对内环控制器进行极点配置,提高其稳定性,使内环电流控制器可以简化为一阶惯性环节。外环控制采用PI控制,以适应换流器的多种运行方式。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真,仿真算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于无差拍电流控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

随着电平数的增加,基于dq0旋转坐标系MMC-HVDC的控制器运算量会非常大。为了提高运算速度,根据MMC换流器的等效电路设计了基于三相静止坐标系下的MMC-HVDC系统控制器。该控制器将无差拍电流控制与最近电平调制算法相结合,并对电流参考值的采样选取方法进行了改进,提高了控制器精度。该控制器不仅动态响应快,精度高,实现了解耦控制,而且减少了坐标转换与PI调节环节,降低了控制系统的运算量。通过在PSCAD/EMTDC下建立MMC-HVDC的仿真模型,仿真结果验证了控制器的有效性。     

基于 MMC 的柔性直流系统控制策略研究

模块化多电平换流器作为柔性直流输电系统的常见换流器拓扑结构,对其进行控制策略研究具有重要意义。首先介绍了MMC的拓扑结构和基本工作原理,推导得到了MMC-HVDC的简化电路模型,设计了dq坐标系下的内环电流控制器及外环控制器;然后研究了MMC-HVDC系统下的有功/无功控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真研究,仿真结果表明了该电路模型的正确性及控制策略的有效性。     

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题。最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性。     

基于超导磁储能装置的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的功率控制换流站对外呈现负阻性,降低了系统阻尼,使系统产生直流振荡甚至导致系统失稳。通过直流侧并联超导磁储能装置抑制系统功率振荡,以解决MMC-HVDC系统向恒定功率负载供电所导致的弱阻尼问题。建立了双端MMC-HVDC系统的小信号模型,通过小信号稳定性分析方法研究了影响MMC-HVDC系统稳定性的主要因素,并且验证了所提直流振荡抑制方法的有效性。在MATLAB/Simulink中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并与改变控制器的功率阻尼控制策略进行时域仿真对比,结果证明了所提控制策略能有效抑制系统振荡,提高系统稳定性。     

基于内模控制器的MMC-HVDC稳态控制

模块化多电平高压直流输电系统(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)通常采用基于比例积分(proportional integral,PI)的双闭环矢量控制,而PI调节存在响应速度慢、dq电流需要旋转解耦等问题。为此文章提出在两相静止坐标下基于内模控制的MMCHVDC稳态控制方案。首先分析了两相静止坐标下的MMCHVDC数学模型,然后结合内模控制的特性,对电流内环的控制结构和参数进行设计,并将内模内环与PI外环结合构造出双闭环控制结构。最后在Matlab/Simulink中搭建了MMC-HVDC系统模型,对多种工况进行仿真。仿真结果表明,所设计的控制器能够有效抑制母线电压波动,并能对负荷变化快速响应,提高了系统的鲁棒性。     

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电系统控制器设计

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统向无源网络供电是MMC-HVDC技术的一个重要应用领域,因此有必要对向无源网络供电的MMC-HVDC系统的控制器进行设计,为此,基于MMC拓扑结构,推导了MMC数学模型,并由此设计了整流侧和无源网络侧的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性,且表明MMC-HVDC系统向无源网络供电是一种比较理想的输配电方式。     

基于准PR控制器的MMC-HVDC的控制及环流抑制策略

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电HVDC(high voltage directcurrent)系统日益受到关注。传统dq坐标系下双闭环比例积分PI(proportional integral)控制需要前馈解耦,特别是在电网电压不平衡时,需要正负序分解,而环流抑制的方法也过于复杂。在分析模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC工作原理的基础上,给出了αβ坐标系下,基于准比例谐振QPR(quasi proportional resonant)控制器的MMC-HVDC的控制策略,无需前馈解耦和正负序分解,控制器设计简单,同时也给出了一种基于QPR控制器的有效抑制2倍频环流的新方法。在PSCAD(power systems computer aided design)中对上述控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明了所提策略的正确性和有效性。     

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。     

基于复合型自适应广义积分器三电平APF研究

电力有源滤波器(active power filter,APF)是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段之一。提出一种在三相静止坐标下的基于自适应理论的复合控制器,复合控制器包括改进的自适应广义积分器和PI控制器。在最大限度利用PI控制器进行谐波电流快速跟踪的同时,采取自适应广义积分器对各次谐波进行稳态无静差跟踪控制。提出的复合控制器与三电平电压空间矢量调相结合,能够消除单PI控制交流变量时所存在的稳态静差问题和改善系统鲁棒性。详细研究了复合控制器的设计方法,并给出了设计参数和系统的稳定性分析。基于MATLAB/Simulink仿真平台,对基于自适应广义积分器的三电平APF控制系统进行了仿真分析,最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

基于PXI的MMC-HVDC系统快速控制原型设计

相比传统高压直流输电,模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制器的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。使用快速控制原型技术可以加快MMC-HVDC系统的控制器开发。基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)开发了MMC-HVDC系统的快速控制原型。首先,在PXI环境中设计了MMC-HVDC系统的控制策略,开发调试了控制程序,配置了输入/输出板卡及端口,实现了快速控制原型。其次,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)的MMC-HVDC一次系统模型。最后,建立了RTDS-PXI混合实时仿真系统。混合实时仿真实验结果表明,所设计的快速控制原型可以进行MMC-HVDC系统启动、子模块电容电压均衡、母线电压和有功功率调节等控制,具有优良的稳态与暂态性能。     

MMC-HVDC输电线路双端非同步故障测距方法

提出了一种基于模块化多电平变换器的高压直流(MMC-HVDC)输电线路双端非同步故障测距方法。首先,通过分析MMC-HVDC系统直流侧线路故障时的电流环路,将跳闸后的双端MMC的两侧环路分别等效为RLC串联电路,并先后控制双端MMC桥臂子模块的投入,为两侧RLC串联电路提供一个初始电压;然后根据RLC电路的零输入响应特性,分别提取双端MMC子模块电容电流的最大值以及该时刻的电压;最后利用双端非同步测量的数据计算故障距离。该方法不依赖于电容的初始电压,并且不受过渡电阻影响,可重复测量,提高了测距的可靠性。在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平的MMC-HVDC模型,并对所提故障测距方法进行仿真,验证了其有效性。     

MMC-HVDC功率运行区间的优化控制方法

提出了一种基于模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的功率运行区间优化控制方法。建立了换流器内部环流的模型,揭示了子模块(SM)电容电压波动对换流器内部环流的影响机理;设计换流器二倍频电流补偿的相间环流抑制方法,降低了SM电容电压波动,进而扩大换流器的功率运行区间。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了双端MMC-HVDC仿真系统,仿真结果表明所提出的方法能够有效扩大其功率运行区间。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(high voltage direct current based on modular multi-level converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(circulating currentsuppressing controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMT-DC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

APF直流侧电压自适应PI控制

三相三线制有源滤波器(APF)大多采用传统的PI控制策略来控制直流侧的电容电压。为了提高有源滤波器的性能指标,在传统的PI控制基础上,结合最小隶属度模糊控制理论,提出模糊PI的直流侧电压自适应控制。模糊PI控制可以根据实时情况改变比例和积分参数,解决了传统PI控制器在非线性系统中的缺点。MATLAB仿真表明,模糊PI自适应控制与传统PI控制相比,跟踪性能更强,直流侧电压超调量更低,动态性能更好,并且有效地降低了电网谐波的畸变量。     

模块化多电平换流器附加直流电压控制策略设计

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的调制比保持在合适的区间内,提出了一种附加直流电压控制策略,可保证换流器输出全电平数的交流电压阶梯波形且稳定运行。首先,通过分析正弦脉宽的调制原理,得到满足换流器输出全电平电压波形且稳定运行的调制比最小限值和最大限值。然后,根据直流电压与调制比的非线性关系,设计了附加直流电压控制器,保证直流系统内所有换流器的调制比均运行于合适区间内。最后,采用11电平的双端MMC系统对所提策略进行验证。仿真结果显示,MMC-HVDC系统总能保持完整电平数的输出波形,并且总能够在不同的工况下寻找到一个新的稳态平衡点运行,验证了所提策略的可行性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。