闭环控制下单相VSC低次谐波分析模型与抑制策略

针对基于固定开关频率脉宽调制(PWM)闭环控制的单相电压源型换流器(SPVSC),推导出闭环控制下开关函数的动态相量,并将SPVSC时域模型转化成动态相量谐波分析模型。在谐波分析模型的基础上,得到了SPVSC交流侧电流和直流侧电压各次谐波分量的产生机理和相互作用规律,以及控制环参数对交流侧谐波电流分量的影响。利用谐波的相互作用规律,采用在PWM中叠加低次谐波调制信号的策略,实现了交流侧谐波电流的抑制。通过仿真和实验分析,验证了所提谐波分析模型的正确性以及谐波抑制策略的有效性。     

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

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.     

不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略

不对称三相电压下,电压源型换流器(VSC)将产生低次谐波,给电网造成谐波污染。随着VSC在电力系统中的广泛应用,这类问题必须得到更多的关注,提出有效的解决方法。基于动态相量和序分量,推导出序分量动态相量,并对其特性进行了分析;将含开关函数描述的VSC时域模型转化为动态相量模型;定义交流电流和直流电压的各阶序分量动态相量为状态变量,建立了以状态空间描述的VSC序分量动态相量谐波分析模型,综合考虑了开关函数的详细动态特性和交直流侧谐波的相互作用,从而揭示了VSC产生谐波的机理,实现了VSC谐波的解析求解。在此基础上,提出负序补偿的不对称调制策略,以抑制低次谐波的产生。通过各种不对称情况下的仿真和计算,验证了所提出的谐波分析模型的正确性和谐波抑制策略的有效性。     

三电平VSC-HVDC系统谐波间谐波产生机理分析

为分析电压源型高压直流输电系统谐波、间谐波的传递行为和相互影响,本文针对三电平脉宽调制控制电压源型高压直流输电系统,结合开关函数的傅里叶分析,对三电平变流器交流侧和直流侧的谐波、间谐波产生机理进行了详细的理论分析和数学推导。基于Matlab/Simulink搭建了三电平脉宽调制控制电压源型高压直流输电系统模型,数字仿真结果验证了数学模型的正确性,为谐波、间谐波的测量和治理提供了理论依据。     

MMC型柔性直流输电系统三次谐波注入调制策略的可行性

介绍了模块化多电平换流器的基本工作原理和三次谐波注入调制策略实现方式,理论分析了三次谐波注入调制策略对换流器接地方式的要求,该调制策略只适用于直流侧接地方式的柔性直流换流器。此外,还分析了三次谐波注入调制策略对子模块电容电压波动以及桥臂电流有效值和峰值的影响,该调制策略会在子模块电压中引入较小的三、四次谐波,大幅度减小基波幅值,从而导致其波动范围变小,有助于提高换流阀电压安全裕度;同时,还会减小桥臂电流有效值和峰值,有利于提高换流阀电流安全裕度。最后搭建了RTDS仿真模型并验证了理论分析的正确性。     

电压源型换流器稳态等值电路模型

为了计算分析含电压源型换流器(VSC)的电网,基于VSC序分量动态相量谐波分析模型和Thevenin定理,采用电流控制电压源对VSC进行等效,得出了VSC的稳态等值电路。首先,在序分量动态相量谐波分析模型下解析分析VSC稳态运行特性和交直流侧相互作用关系,列写交直流电压电流的代数方程;其次,在代数方程化简的基础上,建立了VSC交流侧基波正序稳态等值电路模型和基波负序与3次谐波正序的联立等值电路模型;最后,利用Thevenin定理,分别建立了不对称下基波负序稳态等值电路模型与3次谐波正序稳态等值电路模型。与仿真计算比较表明,通过电流控制电压源形式构建的Thevenin等效电路能够在稳态条件下等效基波正序分量、基波负序分量和3次谐波正序分量在VSC交直流侧的相互作用,可有效简化VSC的非线性特性与复杂的运行特性,为含VSC电网的稳态潮流计算和谐波潮流计算奠定基础。     

LCC-MMC混合直流输电系统直流侧谐波电流计算

针对一种在整流侧和逆变侧分别采用电网换相型换流器和模块化多电平换流器(MMC)的混合直流输电系统,提出了直流侧谐波电流频率计算方法和完整流程。在整流侧采用三脉动谐波电压源,等效了12脉动换流器的谐波输出特性;在逆变侧使用电容串联电感的无源结构,作为MMC直流侧等效电路;线路参数计算中采用了全相非解耦模型的改进算法。与基于PSCAD/EMTDC搭建数字仿真模型进行直流侧谐波电流计算结果的比较,验证了提出方法的准确性。     

交流谐波经MMC的传导机理及叠加特性研究

连接大量交流源、荷是基于模块化多电平换流器(MMC)的中压柔性直流配电网的未来应用场景之一。然而,非理想交流源、荷产生的谐波扰动会使MMC桥臂出现电压波动并激发环流,进而使桥臂电流畸变,导致直流侧出现纹波。为研究交流谐波经MMC的传导机理,通过平均开关函数和桥臂瞬时功率方程,推导了交流负荷谐波电流和交流系统背景谐波电压在MMC内部激发的桥臂电压波动及环流表达式,分析了其传导机理和规律。同时,分析了不同次交流谐波经MMC的传递叠加特性及其对直流侧纹波含量的影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

模块化多电平换流器动态相量建模

模块化多电平换流器(MMC)包含大量由开关器件组成的子模块,导致基于这种换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)电磁暂态模型仿真速度和规模受到限制,机电暂态模型无法显示换流器内部环流等特性,时域解析数学模型用于环流分析时计算复杂、灵活性差。为了快速地计算MMC交直流侧电压、电流,在MMC开关函数模型和状态方程表示的等效模型的基础上推导了动态相量模型。在Matlab中编写以各阶动态相量为状态变量的状态方程进行计算,得到包括直流侧2次环流在内的换流器内外部电压、电流特性,并与应用Matlab/Simulink仿真软件得到的电磁暂态模型进行了暂、稳态和仿真耗时的对比。结果表明,所提动态相量模型计算的交流侧输出电压、电流和直流侧环流与电磁暂态模型吻合,动态相量模型是正确且高效的。     

三相模块化多电平换流器动态相量谐波分析模型

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑结构,将内部的桥臂电流和子模块电容电压作为研究对象,通过引入平均开关函数,推导出最近电平逼近调制下MMC的时域模型,再将其展开成动态相量谐波分析模型,从而求解得到稳态时MMC的交直流侧各次谐波分量。然后在Matlab/Simulink中搭建了MMC的仿真模型,并用快速傅里叶变化(fast fourier transformation,FFT)对其进行谐波分析,从而验证所建立谐波分析模型的正确性。最后根据模型分析了交直流侧谐波的相互作用。该模型可为设计MMC的滤波器或研究其谐波抑制技术提供理论参考。     

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制（SPWM）时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。     

电压源型换流器谐波产生机理的道路树分析

电压源型换流器(VSC)谐波产生是由其交直流侧电压电流通过电力电子器件之间的非线性相互作用引起的,其机理复杂。为能直观展示VSC的谐波产生机理,提出了利用稀疏矢量法求解线性代数方程中的道路树分析VSC交直流侧谐波相互作用关系的方法,从而用赋权有向因子图展示VSC谐波产生机理。首先简化VSC的序分量动态相量谐波分析模型为线性代数方程,引入稀疏矢量求解线性代数方程组的方法对谐波分析模型进行求解。其次,利用谐波分析模型的变量定义和系数矩阵的特点,定义线性代数方程组稀疏矢量求解过程中的前代运算和回代运算为VSC交直流侧谐波电压电流之间的相互作用关系。然后,利用赋权有向因子图表示前代运算和回代运算的求解道路树,从而直观描述VSC的谐波产生机理。最后,通过仿真分析可知,由三相不对称产生的基波负序电流或背景谐波均能在直流侧产生相应的低次非特征谐波电压,从而验证了方法的有效性。利用稀疏矢量法求解线性代数方程,并通过用赋权有向因子图展示求解道路树,能直观全面地展示VSC谐波产生的机理和交直流侧的相互作用,同时验证了VSC交直流侧谐波相互作用的相对独立性。     

CRH2动车组三电平PWM整流器仿真及谐波分析

CRH2高速动车组采用三电平PWM整流器,针对单相三电平PWM整流器在牵引传动中的要求,分析了其结构与工作原理,研究了PWM调制原理及其电压电流的双闭环控制方式。采用Matlab/Simulink进行CRH2单相三电平PWM整流器仿真。实验表明,电压电流双闭环控制能实现网侧功率因数接近于1,直流侧电压稳定。并运用双边傅立叶变换方法,分析其电流谐波特点。     

模块化多电平换流器调制策略研究

模块化换流器是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。介绍了MMC最近电平调制策略和载波移相调制策略的原理,以及相应的电容电压平衡控制策略。分析了2种调制策略下输出电压电流的谐波特性,结果表明具有高开关频率的载波移相调制策略具有更好的谐波特性。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真,验证了理论分析的正确性。     

基于模块化多电平高压直流输电系统接地故障特性仿真分析

模块化多电平电压源换流器型高压直流输电采用子模块级联结构,解决了开关器件直接串联所带来的动态均压问题,同时具有输出电压波形品质高、开关频率和损耗低等诸多优点,因此成为极具市场应用价值的输电技术之一。在故障时,工作机理、调制策略和拓扑结构的差异导致系统呈现出与传统直流和电压源换流器型直流输电不同故障特性。分别以交流系统侧、阀侧和直流侧接地故障为例,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型基础上,针对联接变压器绕组不同接线方式,分析其不同故障特性以及对系统运行的影响,并提出了应对策略。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

基于电压源换流器型直流输电拓扑结构和调制策略

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器型直流输电由于采用全控电力电子器件,能够灵活实现有功功率和无功功率的独立控制,动态补偿交流母线无功功率进而实现交流电压控制,因此在新能源并网和交流电网互联等方面越来越显示出其独特的优势。而换流器作为直流输电系统中的核心部件,其不同的拓扑结构和调制方式会对换流器的输出性能带有一定的影响。以ABB公司和Siemens公司所提出的拓扑结构为例,对比分析了电压源换流器型直流输电两电平和模块化多电平的拓扑结构以及优缺点,并通过仿真分析了载波移相和最近电平逼近调制策略对输出电压电流波形的影响以及ABB公司CTL拓扑结构在环流抑制上的优越特性。     

单相并网变流器直流电压波动规律分析

为分析单相并网变流器直流侧电压波动规律,从单相并网变流器数学模型出发,推导出直流电压瞬时值的时域表达式及各次谐波分量的幅值表达式,揭示了产生直流侧某次谐波电压的机理及各次谐波电压幅值与交流电压幅值、直流支撑电容、直流电压幅值及交流电流谐波分量间的关系。仿真和实验验证了理论分析的正确性。