模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制。建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计。以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制。仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性。     

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制.建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计.以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制.仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性.     

一种基频下平衡MMC子模块电容电压的方法

提出了一种开关频率为基频下的空间矢量脉宽调制(SVPWM)平衡方法。该方法只生成一个空间电压矢量作为模块化多电平变换器(MMC)上桥臂的开关矢量,下桥臂的开关矢量通过上桥臂的矢量互补得到,因此无需生成下桥臂的电压矢量。为了验证该方法,在Madab/Simulink中通过对半桥MMC进行仿真,仿真结果验证了该方法可以令MMC即使在开关频率为基频情况下亦可平衡子模块电容电压。     

基于MMC模块化多电平STATCOM的环流抑制均压控制策略研究

笔者对模块化多电平换流器(MMC)的运行特点进行分析研究,推导了基于MMC的静止无功补偿器(STATCOM)的数学模型。研究表明通过控制MMC桥臂的相内电流icirj可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制,使MMC桥臂电容电压平衡。基于此理论,文中提出了一种带相内电流抑制控制器的均压控制方法,调制策略采用改进的载波移相调制策略(carrier phase shifted SPWM,CPS-SPWM),并在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的整体控制方案。仿真结果表明了文中理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略

针对模块化多电平变换器(MMC)存在的电容电压在不同工况下易出现波动的问题,设计了一种基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略,其中环流参考是基于桥臂电流瞬时值和对应调制信号获得的。相对于传统环流注入方案,新方案不需要确定输出电流的幅值和相位,具有一定的优势。此外,电容电压平衡控制方案中还设计了能够跟踪环流参考的闭环控制器。最后,搭建了5 kV·A级MMC样机开展了相关试验,试验结果验证了新型电容电压控制器的效果。     

MMC模块电容电压波动分析与均衡控制研究

针对模块化多电平变流器(MMC)各子模块(SM)电容电压不平衡问题,对载波移相调制(CPSM)下相应SM电容电压均衡控制策略进行了研究。首先介绍了MMC的拓扑结构,分析了其工作原理;其次为分析MMC SM电容电压的波动和内部环流的基本成分,以双载波移相调制策略为出发点,对电容电压波动和环流进行了数学分析;在此基础上将SM电容电压和上下桥臂电流作为反馈信号,提出了电容均衡控制策略;最后通过仿真建模和实验室环境下搭建的小功率单相MMC实验系统,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平变流器的直接功率控制仿真研究

新型模块化多电平变流器(modular multilevelconverter,MMC)通常采用双闭环矢量控制策略,针对该方法存在的需调整控制参数较多、动态响应慢等问题,研究MMC的直接功率控制策略及电容电压平衡方法。首先,将现有的桥臂模块电压排序法与参考信号中叠加平均值控制量的方法进行综合,控制电容电压平衡;然后,在桥臂内电容电压相互平衡的基础上,利用双闭环PI调节器控制桥臂间各电容电压保持一致并跟踪给定,使电压波动范围明显减小,提高变流器输出波形质量;最后,将变流器虚拟磁链直接功率控制策略应用于MMC。研究该种拓扑结构下的功率估计方法,并利用Matlab对所设计系统进行仿真验证,结果表明所提控制方法正确、有效。     

子模块故障下基于变执行频率的MMC功率损耗优化控制

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)因其高度模块化和低谐波失真而逐渐成为最适合大功率应用的拓扑之一。当子模块(submodule,SM)发生故障时,故障桥臂中SM电容电压和开关频率将升高,这会导致MMC故障桥臂的功率损耗不平衡,从而影响MMC的寿命。文中提出一种基于变执行频率的功率损耗优化控制(variable execution frequency-based power losses optimization control,VEF-PLOC),该控制通过调整电容电压平衡控制的执行频率来调节功率器件的开关损耗,从而优化故障桥臂中功率器件的损耗。提出的VEF-PLOC能够优化SM故障下故障桥臂功率损耗,从而有效地提高MMC的寿命。最后,在时域专业工具PSCAD/EMTDC上进行仿真,并在小型MMC样机上进行实验,仿真和实验结果皆验证了提出的VEF-PLOC的有效性。     

单相交/交MMC的简化模型及电容电压平衡

单相AC/AC模块化多电平(MMC)可以直接连接于25 k V的牵引供电网,无需笨重的50 Hz工频变压器,极大地减小了整个系统的体积以及成本。MMC的子模块(SM)电容电压平衡仍然是一个主要的技术问题,为此,提出了一种桥臂内和桥臂间电容电压平衡的方法。所提出的桥臂内电压平衡方法结合了传统载波移相脉宽调制(CPSPWM)和载波层叠脉宽调制(PDPWM)下电压平衡法的优点,桥臂内子模块电容电压平衡只需要2个比例调节器,极大地减小了控制系统的计算量;提出的桥臂间电压平衡通过连接上下桥臂的功率通道实现,避免了与输入/输出电压和电流的相互影响,解决了传统桥臂间电容电压平衡法中共模电流注入电网的问题。同时,建立了MMC的简化数学模型,该模型可以被看作背靠背的PWM变换器,并且清晰地揭示了功率流向。最后,仿真和实验证实了所提出电压平衡法的有效性以及数学模型的正确性。     

基于分级控制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

子模块电容电压的平衡关乎模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能否安全稳定工作。根据MMC结构特点,将MMC电容电压的平衡划分为相间电容电压平衡和相内电容电压平衡2部分,并基于此划分提出一种基于分级控制的MMC子模块电容电压平衡方法：首先分析MMC相间电容电压平衡控制,在对MMC各相子模块电容电压平均值进行独立控制的基础上,实现相间电容电压平衡;然后,分析MMC子模块电容电压波动规律,通过对各桥臂调制波叠加平衡控制量,实现单相内部上、下桥臂间电容电压平衡和桥臂内子模块间电容电压平衡;最后,对所提控制策略在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证。仿真结果表明该方法正确、有效,有利于MMC的电压稳定和安全运行。     

基于模块化多电平的光伏逆变器仿真

针对大规模太阳能发电厂并网系统,采用模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)设计三相光伏并网逆变器,满足多组太阳能电池板组成的阵列接入电网的要求.详细研究了MMC光伏并网逆变器触发方式及电容电压平衡策略.介绍了基于MMC的光伏发电系统结构,并建立其直流回路方程,提出利用多组三角载波与参考波比较生成触发脉冲,同时根据电容电压进行排序,再将触发脉冲依次分配给各桥臂子模块,保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等.详细分析了桥臂电容电压周期性、波动性,采用双闭环比例调节器控制电容电压跟踪给定,明显减小了各桥臂电容电压波动范围,提高了一致性和系统输出波形质量.最后,利用MATLAB对所提出的触发方式、电容电压平衡策略及基于MMC结构的光伏系统进行了仿真验证,输出电流波形平滑且具有较高的动态响应性能.仿真结果表明所采用方法正确、有效.     

载波移相PWM调制下的MMC电压平衡控制策略

模块化多电平变换器(MMC)具有模块化,标准化和提高电能质量的优点,在大功率电能变换领域具有较大吸引力,但MMC应用的技术难点之一为电容电压的平衡控制。为此,提出了一种载波移相脉宽调制(PWM)下的MMC电压平衡控制策略。新型电压平衡方案中无需对桥臂电流进行测量,而使用线性化方法设置脉冲,以控制电容电荷转移来平衡MMC中的电容器上电压。电压平衡算法将在每个载波周期内运用,降低了计算负担。最后,进行了仿真研究,并搭建MMC原理样机开展了试验研究,仿真和试验结果验证了新型MMC电压平衡方法的有效性。     

基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器综合控制策略

通过分析模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种MMC综合控制方案,包括直流母线电压控制和桥臂电容电压控制。该方案内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和内部环流的三重控制,不需要专门的环流控制器。该方案各桥臂电容电压控制基本相互独立,易于实现分布式控制。提出一种电流前馈控制方案,能有效减小电容电压的动态波动,提高动态响应速度。搭建了10 k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。     

一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法

模块化多电平换流器(MMC)的子模块(SM)电容电压均衡问题是MMC工程应用急需解决的难点之一。文中针对采用电容电压进行排序,根据电流方向触发导通的传统电压均衡方法进行了改进和优化,引入了双保持因子,降低SM的开关频率,以减小开关损耗。同时,还通过引入能量均衡因子,使SM间的能量保持相对平衡,在保证换流器正常运行的前提下,对桥臂SM采用分组排序的均压策略,从而达到减小排序运算量,提高SM电容电压排序速度的效果。最后,通过在PSCAD/EMTDC下搭建11电平的MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果证明了所提出的优化均压方法的正确性和有效性。     

四桥臂并联型有源电力滤波器控制研究

针对三相四线制电力系统谐波治理,提出了一种四桥臂并联型有源电力滤波器(SAPF)谐波补偿改进控制方案。谐波电流跟踪控制采用三维空间矢量调制算法,SVPWM具有直流电压利用率高、电流畸变率小等优点;直流侧总电压稳定,采用模糊PI自适应控制,直流侧电压动态响应快,超调小。对SAPF直流侧上下电容电压值平衡控制进行了研究。通过仿真验证了该控制方案的正确性与可行性。     

电网电压不对称工况下模块化多电平变换器控制策略

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种适用于电网电压不对称工况的MMC综合控制策略,包括直流母线电压控制、桥臂电容电压控制和交流侧电流控制。其中,桥臂电容电压采用层次化方法控制,在电网电压不对称时,通过调整直流母线功率在MMC三相桥臂间的分配,实现交流侧电流对称。内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和环流的三重控制,在电网电压不对称时无需交流侧三序电流控制器以及三序环流控制器。提出通过在桥臂电流参考值中添加零序电流抑制器,消除由桥臂不对称损耗引入直流母线的基频零序电流。搭建了10k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

MMC子模块电压均衡及环流抑制方法研究

子模块电容电压均衡及桥臂环流问题会对模块化多电平变换器(MMC)的直流侧电压平衡及换流器内部稳定运行产生很大影响.提出子模块电压分块均衡控制策略以及基于矢量比例积分(VPI)谐振控制器的桥臂环流抑制策略.电压平衡控制方法采用分块原理,对子模块电容投入顺序分为三级进行,可以减小桥臂电压波动,而且可以减小IGBT的开关频率.MMC上下桥臂环流抑制策略采用的是一种新型控制器,并对控制器参数采用试验的方法进行了分析和计算,可以有效减小换流器内部环流.通过在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真,验证了相应控制策略的有效性.     

电网不平衡下MMC多变量保护控制器参数设计研究

电网不平衡不仅会导致模块化多电平变流器(multimodular converter,MMC)网侧电流波形质量变差,还会引起桥臂电压不平衡、桥臂环流增加等一系列问题。为避免MMC系统发生过电压或过电流的安全问题,考虑交流侧最大工作电流、桥臂最大电容电压纹波以及最大注入无功三个方面的工作条件限制,分别从理论角度推导出多变量保护控制算法下控制参数k的计算公式。首先分析了MMC系统电流方程、电压方程以及能量的动态方程。基于上述系统方程,考虑MMC系统允许的工作范围如交流侧最大工作电流、桥臂最大电容电压纹波以及最大注入无功三个方面,详细给出了参数k的设计原则和流程。最后,利用实时仿真平台和MMC样机对理论计算给出了仿真和实验验证结果。     

外加注入信号的MMC子模块电压波动抑制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)子模块(SM)电容电压波动问题,提出一种注入共模电压与环流的MMC SM电压波动抑制策略.首先通过注入共模电压使系统工作在较高调制比状态,然后根据半桥MMC SM的数学模型推导出注入共模电压后的桥臂功率解析式,从减小桥臂功率波动角度提出了一种高、低次环流抑制策略,实现注入共模电压与环流的MMC SM电压波动抑制.实验结果显示该策略可有效减少SM电容电压波动幅值.     

桥臂参数不对称MMC的运行与控制

实际工程中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)上、下桥臂参数不可避免地会存在一定的差异,从而导致交流侧电流中出现直流和2倍频分量,直流侧电流中出现基频和2倍频振荡分量,以及不同桥臂间电容电压发生不平衡等一系列问题。为解决这些问题,建立了桥臂参数不对称情况下MMC的解耦控制模型,提出了桥臂电流直接控制策略,有效地改善了参数不对称下MMC的电流控制问题。同时,基于子模块级联串能量模型,提出一种有功环流和无功环流相结合的环流注入方法,在实现上、下桥臂电容电压平衡的同时,确保MMC的端口特性不受内部环流的影响。最后,仿真和实验结果验证了理论分析和所提控制策略的有效性。