具有故障隔离能力的新型MMC子模块及混联桥臂拓扑

针对半桥型模块化多电平换流器不具有直流故障阻断能力,柔性直流输电架空线方案存在较高暂态故障率问题,首先提出了一种三电容钳位型双子模块(TCDSM)拓扑。该拓扑与现有钳位双子模块相比,改善了基于钳位双子单元模块柔性直流输电直流侧短路反向电流故障隔离能力。然后,详细介绍了TCDSM拓扑的工作原理和性能分析,并提出了一种新型混联型桥臂换流站方案。新提出的混联型桥臂方案与钳位双子模块和半桥子模块组成的混联型桥臂方案相比,在不牺牲阻断能力的前提下,运行损耗基本相当,初始建站成本更低,从整体上优化了换流站建设成本。最后,通过仿真和实验结果验证了该拓扑及新型混联型桥臂方案的可行性。     

基于改进的子模块电容电压均衡的MMC环流抑制

模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)应用于电压等级较高的工程,含电容电压波动的子模块数量大,传统排序算法的排序复杂度高、运量算大,且开关频率较高,难以满足实际工程需求。首先,分析均压原理,采用分组直接插入排序能较好地保持电容电压均衡。然后,分析MMC环流机理,推导出通过改变每相投入的模块总数,可以抑制环流。在此基础上,通过计算支撑直流侧电压的子模块数和抑制环流所需模块轮换数,得到需要改变状态的模块数,实现MMC的低开关频率、均压和环流抑制效果。最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

MMC子模块均压及相间环流抑制方案研究

模块化多电平变换器(MMC)由于子模块数目较多,因而存在子模块电容电压不均衡的问题,由此又引起相间环流。针对传统直接排序均压算法会造成较高的开关频率,对其进行优化,通过引入子模块电容电压不均衡度因子降低系统开关频率。在此基础上,提出一种简单高效的基于准比例谐振(QPR)控制的相间环流抑制策略,实现相间环流的无静差跟踪。通过搭建仿真模型进行验证,仿真结果表明,所提控制方案具有良好的均压及环流抑制效果。     

基于新型子模块的MMC实验系统设计

提出一种新型子模块拓扑,该子模块不仅具备直流故障电流阻断能力,同时还具备内部电容之间的自均压能力。对于同等电平输出的不同子模块拓扑,该子模块仅需一半的电容电压测量装置,不仅降低了应用成本,还减轻了控制器排序算法压力。实验结果表明,该子模块能够快速清除直流侧故障电流,同时在正常及故障工况下,该子模块内部电容电压都能保持较好的均衡。     

一种具有直流故障穿越能力的MMC子模块拓扑

模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)具有高度模块化、输出波形谐波含量低、开关频率低等优点,因而在高压直流输电领域得到了广泛应用.如何处理直流侧故障是MMC需要面对的主要难题.在分析已有子模块拓扑的基础上,提出了一种具有直流故障穿越能力的子模块拓扑,在不改变原有控制策略与调制策略的情况下能够快速切断故障电流.最后在PSCAD/EMTDC下搭建了仿真模型,对所提子模块拓扑进行了验证,仿真结果证明了所提出的子模块拓扑在切断直流故障电流方面的有效性.     

具备直流故障清除能力的MMC多电平子模块拓扑

MMC-HVDC的直流故障处理能力直接关系到其在架空线领域和高压大容量场合的应用前景。因此,提出了一种MMC改进拓扑,其利用子模块电容电压形成反电动势来强制关断二极管,快速地清除故障电流。详细分析了该拓扑直流故障清除原理和各功率器件的耐压情况,并与其他拓扑进行了对比分析。最后采用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提新型子模块拓扑的正确性和有效性。结果表明,所提出的拓扑的主IGBT和保护IGBT的额定电压都仅为常规设计的1/2,可有效降低换流器成本。     

应用于复杂交直流网络的箝位双子模块型MMC快速仿真模型

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在复杂交直流网络中有广阔的应用前景。随着MMC容量和电压等级的提高,MMC的暂态行为对复杂交直流网络的影响不能忽略,有必要建立适用于复杂交直流网络仿真研究的MMC快速仿真模型。针对箝位双子模块型MMC拓扑建立了快速仿真模型。利用辅助元件对桥臂电路结构进行了简化;通过动态计算可控电压源,对桥臂内部复杂的子模块开关动态过程进行了平均化处理,避免了大规模节点导纳矩阵的动态求解。上述快速仿真模型不仅能够准确地模拟MMC在稳态、交流故障、换流器闭锁、直流故障清除和恢复等动态过程中的特性,而且具有较高的仿真效率。通过与基于分立元件的详细仿真模型进行对比,验证了所提模型的仿真精度和仿真效率。     

MMC子模块电容电压改进控制方法的研究

介绍了模块化多电平换流器电容电压测量及均压原理,指出传统的电容电压控制下,当桥臂子模块数目过于庞大时,电压传输信号较多,增加了控制器设计难度。针对这一问题,提出了一种改进的电容电压测量方法,该方法中参与控制的电压信号数量仅为传统测量方法的一半,有利于降低控制系统的设计难度,减轻控制器工作负担。首先详细介绍了电容电压改进控制方法下的模块拓扑结构和电压测量原理,然后在此基础上,设计了改进电容电压排序算法,减少传统排序过程中不必要的运算量,在数据处理过程中进一步优化控制器运算,保证换流器稳定运行。最后搭建了仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。     

基于IEGT的MMC子模块设计与试验

伴随智能电网的开拓建设,柔性直流输电技术从研究走向具体工程应用。模块化多电平换流器(MMC)技术是柔直输电的最先进核心技术。研究并开发一种基于IEGT的MMC子模块,设计其拓扑结构,并对关键部件IEGT、直流电容器、二极管、放电电阻等进行器件选型。对MMC子模块进行多种功能试验,选取换流试验及热稳定试验进行分析。通过换流试验优化电路设计,通过热试验测量功率模块的载流能力及散热性能。试验结果表明IEGT-MMC子模块设计合理,能满足各种常见工况下的持续稳定运行。     

一种具备直流故障清除能力的新型MMC子模块拓扑

当基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流线路发生短路故障时,传统半桥子模块存在无法通过闭锁阻断直流故障电流的问题.对此,提出一种具备直流故障清除能力的基于半桥的五电平新型子模块(FLHBSM)拓扑.FLHBSM与传统半桥子模块具有相同的控制结构,并具备了直流故障清除能力.相比其他具备...     

具有直流故障自清除能力的新型MMC子模块及其混合拓扑

针对传统半桥型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)在高压大功率领域不能通过换流器自身控制来实现直流故障的阻断问题,提出一种新型的类半桥型(Similarity Half Bridge Sub-Module,SHBSM)子模块拓扑结构。直流侧发生极间短路故障时,需同时闭锁所有IGBT脉冲信号。为降低IGBT触发一致技术要求,进一步提出一种类半桥-半桥混合型子模块,无需所有IGBT同时闭锁。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双端MMC-HVDC系统,仿真结果表明,所提出的类半桥型子模块,类半桥-半桥混合型子模块MMC能有效阻断直流侧故障电流,隔离故障。相比于传统半桥型子模块MMC,类半桥型子模块MMC以及半桥-半桥混合型子模块MMC均无需增加IGBT的投入,即可以实现对直流侧故障电流的有效阻断,因此,具有较好的应用前景。     

基于混合子模块的MMC故障阻断及谐波特性分析

针对模块化多电平换流器(MMC)所存在的直流侧故障无法自清除的问题,许多新型的子模块拓扑在原有半桥型子模块(HBSM)的基础上进行调整修正,利用其自身的拓扑特点,在直流侧发生短路故障时通过使短路电流给子模块电容充电的方法实现故障电流的快速阻断。在研究了众多新型子模块拓扑的基础上,设计了电流阻断能力较强的新型子模块。并考虑了损耗特性,采用新型子模块与HBSM结合的混合拓扑结构,从调制策略到谐波特性以及故障阻断性能进行了分析。推导了各次谐波电压幅值的表达式,并通过仿真验证了其准确性与实用性。     

MMC子模块电容电压波动抑制

为了解决模块化多电平换流器在运行时,子模块电容电压波动较大会导致输出发生畸变,甚至影响系统稳定的问题,通过对桥臂进行能量分析,发现子模块电压电容波动中主要包含基频波动和二倍频波动,其中基频波动占主要成分,为了降低子模块电容电压波动,提出一种基于二倍频环流注入结合高频环流和高频输出电压注入降低子模块电容电压基频波动的方法,该方法首先通过注入二倍频环流减小桥臂能量中的基频功率,然后利用注入的高频环流和高频输出电压共同作用进一步减小桥臂基频功率,从而达到降低子模块电容电压基频波动的目的.最后通过搭建仿真电路,对比了未进行波动抑制、仅注入二倍频环流、注入二倍频环流结合注入高频环流和高频输出电压三种情况下的电容电压波动,并进行了有关谐波分析,验证了该方法的有效性.     

基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平变流器(MMC)子模块数目较多时,系统结构复杂且发生故障概率较高。针对子模块的开路故障诊断问题,提出一种基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法。分析子模块故障特性,通过对比子模块组输出电压的预测值和实际值获得检测判据,根据检测判据诊断故障发生的子模块组及故障类型;改变子模块的工作状态,根据检测判据进行故障定位;定量分析分组检测时子模块电容电压的测量误差,为子模块电压分组提供依据。通过MATLAB/Simulink搭建49电平MMC仿真平台,在电容值偏移的情况下对不同类型的故障进行仿真,仿真结果表明,所提故障诊断定位方法能在减少电压传感器数量的情况下实现子模块开路故障诊断定位,提升系统的可靠性。     

MMC控制系统时序逻辑与子模块故障监测

对模块化多电平换流器(MMC)采用站级控制器、子模块控制器(SMC)和阀基控制器(VBC)3层控制系统。设计了SMC与VBC之间的时序逻辑,保证了控制系统的实时性。当硬件模拟电路检测到子模块出现过电压或者欠电压时,如果过电压或者欠电压时间超过20μs,则SMC将故障信息传送至上层控制,有效降低了保护系统误动的概率。对采用了上述控制系统的MMC物理模拟系统进行了稳态实验,实验结果表明,系统能够有效控制直流电压、输送功率,并使子模块电压稳定在150 V左右。     

一种可阻断直流故障电流的双逆阻型MMC研究

可阻断直流故障电流的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)在高压直流输电工程中具有广泛的应用前景。提出一种可阻断故障电流的基于新型双逆阻型子模块(DualReverseBlockingSub-Module,DRBSM)的MMC拓扑结构。在输出相同电平数的前提下,与现有拓扑相比,DRBSM型MMC具有较强的直流故障电流阻断能力和更低的功率损耗,且DRBSM型MMC可直接移植半桥子模块(HBSM)型MMC拓扑的控制和调制策略。亦对该子模块结构的拓扑构成、运行原理及故障电流阻断机理进行分析。最后,采用PSCAD/EMTDC仿真验证了该拓扑结构的可行性和有效性。     

一种具有故障隔离能力的MMC-HVDC换流站子模块拓扑研究

针对典型半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法阻断直流短路故障电流的固有缺陷,提出一种串联型双电容箝位型子模块,并结合传统半桥型子模块,设计成混联型桥臂拓扑,采用更低额定工作电压的IGBT,实现子模块基本功能的同时,增加了故障电流隔离能力。与全桥子模块结构和箝位双子模块结构相比,所提出的子模块拓扑方案进一步降低了器件成本。详细描述了该方案故障电流阻断机理,并通过电磁暂态仿真模型验证了基于该子模块拓扑的换流站方案的可行性。     

模块化多电平换流器子模块均压电阻参数优化策略

子模块的均压电阻在模块化多电平换流器(MMC)启动过程中起均压作用,同时在停运过程中作为电容的放电电阻,但目前缺乏均压电阻参数设计的理论依据和优化策略。通过优化子模块仿真模型引入均压电阻和取能电源相关参数;分析了均压电阻参数在MMC启动过程中对子模块电容均压的影响,阐明了均压电阻过大时电容均压效果劣化的机理;同时修正了MMC停运后子模块电容放电时间的计算方法;最后提出满足电容均压、放电时间和功率要求的均压电阻参数优化策略和具体设计步骤。依托厦门柔性直流输电工程给出均压电阻参数设计实例并进行相关试验,试验结果验证了所提均压电阻参数优化策略的有效性。