基于改进子模块的MMC-HVDC直流侧故障隔离研究

架空线路场合下的高压直流输电系统(HVDC)故障率较高。当前,混合式直流断路器存在容量小、成本高等问题,使得具备故障自清除能力的子模块成为解决系统直流侧故障的最佳解决方案,但上述方案使用了更多电力电子器件,带来了损耗增大,投资成本增加等问题。为此提出一种新型混合方式的模块化多电平换流器(MMC)子模块拓扑结构,在不影响自清除故障能力的前提下减少了所需电力电子器件,提高其经济性和直流侧故障隔离性能。首先给出了将新型子模块与传统半桥子模块在桥臂中合理搭配的设计方案;其次,探究了改进型拓扑结构极对极短路故障穿越机理及子模块构建的经济性性优化方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建了双端MMC-HVDC模型,对提出的子模块性能及其混合型MMC性能进行仿真验证。结果表明,提出的改进子模块及相应的混合型MMC可快速阻断故障电流,具备良好直流故障隔离能力,且具有更好的经济性,在实际工程中上具有良好的应用前景。     

MMC的优化开关频率法研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)不仅没有类似箝位型多电平换流器直流母线之间的直流电容器组,还具有级联型换流器"模块化"的优点,因此模块化多电平换流器在高压直流输电中具有广阔的应用前景。本文介绍了MMC的数学模型和工作原理,提出了一种优化载波移相SPWM,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于开关频率优化PWM法的MMC仿真系统,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、等效开关损耗小等优点。     

模块化多电平逆变器的改进型PS-SPWM研究

模块化多电平换流器(MMC)具有级联型多电平换流器"模块化"的优点,输出电压中的谐波含量少,在高压直流输电中具有巨大的应用潜力。介绍MMC的数学模型和工作原理,分析传统载波移相调制策略,针对其存在的缺点提出一种改进型载波移相PS-SPWM调制算法,即载波三角波移相-开关频率优化PWM法(PS-SFO-PWM),并与载波移相SPWM调制算法进行比较;针对MMC中特有的三相之间的环流问题,通过对其进行PI调节,使环流抑制在一定的范围内,利于功率的有效传输。最后,在Matlab/Simulink7.0环境下搭建了基于载波三角波移相-开关频率优化PWM法的5电平逆变器的仿真模型,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、开关频率小等优点。     

并联全桥子模块MMC直流故障抑制性能仿真分析

基于并联全桥子模块(Paralleled Full-bridge Sub-modules,P-FBSM)的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因具备良好的自均压能力和电流通流能力在高电平应用领域得到重视。目前针对P-FBSM-MMC的研究侧重于其自均压特性,而对直流故障阻断机理分析较少。文章为研究P-FBSM-MMC系统在发生直流侧双极短路情况下的故障电流抑制能力和恢复能力,首先分析P-FBSM-MMC在发生直流侧双极短路故障时的故障电流通路,然后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建21电平P-FBSM-MMC和半桥子模块(Half-bridge Sub-modules,HBSM)MMC仿真模型,分析了P-FBSM-MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流、直流侧电压以及故障恢复能力。通过与HBSM-MMC仿真结果对比验证得出结论：P-FBSM-MMC在发生直流侧双极短路故障情况下通过闭锁所有IGBT能够有效抑制故障电流,且直流电压能在解锁IGBT后的较短时间内恢复到额定值,对未来P-FBSM-MMC的研究有较大参考价值。     

逐级独立优化的MMC模型预测控制

模型预测控制(MPC)方法应用于模块化多电平换流器(MMC)系统时存在计算负担大、配置加权因子困难等难题。在分析MMC离散数学模型的基础上,利用系统输出电平作为控制项,提出了简化有限控制集的无加权因子的逐级独立优化模型预测控制策略。通过设计独立目标函数来逐级实现交流输出跟踪以及环流抑制的控制目标,并在环流抑制环节中引入误差补偿模块以抵偿桥臂误差电压。此外,提出的基于BFPRT算法的子模块电容电压均衡策略能够在保证电容电压控制精度的同时,避免在每个控制周期对桥臂子模块电压进行完全排序,从而提高了系统运行速度。最后MATLAB/Simulink仿真结果和MMC样机实验结果均验证了所提方法的可行性、有效性以及出色的计算效率。     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

模块化多电平换流器功率模块故障隔离的参数区间法

模块化多电平换流器在电力系统中的应用越来越广泛.其故障诊断技术对保障换流器的安全稳定运行进而保障电力系统的安全运行具有重要意义.针对模块化多电平换流器的主要单元设备功率模块的故障隔离问题,采用了参数区间法进行研究.针对功率模块电容值变化和漏电阻值变化引起的故障,将电容值取值范围和漏电阻值取值范围分别划分为4个参数区间进...     

一种MMC型VSC-HVDC系统预充电的控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型的电压源换流器拓扑,很适合于柔性直流输电(Voltage Source Converter Topology Applied in Voltage Source Converter-high Voltage Direct Current,VSC-HVDC)场合。在系统正常运行之前,MMC中的电容需进行预充电操作,以建立额定的电容电压和直流母线电压。首先介绍了传统启动方式存在的缺陷,为弥补这些不足,结合MMC启动时的数学模型,在详细分析换流器电容预充电动态过程的基础上,采用载波移相(Carrier Phase Shifted Modulation,CPSM)策略提出了一种适用于MMC可控阶段的新型启动方法。设计了电容电压参考值给定方式、内环电流控制以及外环电压控制,该预充电策略在限制过电流和避免过电压的同时,兼顾启动的速度和效率,提高了柔性直流输电系统启动的快速性和可靠性。由在Matlab/Simulink中所构建模型的仿真结果可以看出,所提出的控制策略正确、有效。     

弹道仿真中的数值计算方法研究

在弹道仿真计算中,为了既达到要求的仿真精度又能满足实时仿真,分析了仿真步长的选择方法,然后在龙格－库塔转阿当姆斯法中引入变步长积分方法,推导了阿当姆斯变步长积分公式,同时对弹道仿真中的间断非线性系统提出条件函数求零的方法来解算弹道。仿真结果表明,方法可以获得较高的仿真精度和较快的运行速度。     

基于Matcom动态链接库的快速数值计算方法

目前利用Matcom动态链接库进行数值计算时,将自定义函数作为函数输入参数存在诸多问题.针对这一现状,研究了Matcom调用自定义函数的内部机理,重新设计了函数调用的流程,圆满解决了Matcom与VC混合编程中自定义函数作为输入参数的调用问题.算例结果表明,该方法简单高效,能够快速地解决数学计算问题,对于脱离Matlab环境的数值计算问题提供了一种快速高效的解决方案.     

MMC电容电压排序优化算法研究

根据模块化多电平换流器的运行原理,研究了传统电容电压排序算法导致器件开关频率增大的根本原因;为降低器件的开关频率,提高系统运行效率,提出了一种电容电压排序优化算法。该算法对传统排序算法进行了优化改进,给定3个电压参考值,将已投入的子模块电容电压值与参考值进行比较,判断是否继续保持投入状态。在Matlab中搭建了每相60个子模块的MMC电容电压排序优化算法仿真模型,仿真结果表明,该算法能显著降低功率器件的开关频率,减小换流器的功率耗损。     

基于并行图计算的社区划分方法

以图计算形式研究社交网络由来已久,但对于如何提升图计算应用于大规模社交网络的计算速度和扩展性,一直是研究的难点。谱图论的应用为社交网络在图计算方面的研究带来新的研究热点,谱图分割为社交网络社区划分带来基于结构的支撑。为了解决谱图论在处理大规模社交网络时存在计算缓慢、内存溢出等问题,本文提出了谱聚类改进算法结合矩阵方式在并行环境下的处理方法。首先,利用Spark对网络数据进行并行化预处理,将社交网络以图结构表示,再将图转化为Spark分布式稀疏矩阵。然后,将谱聚类改进算法在Spark环境下,实现并行化社交网络社区快速划分,并以分布式方式持久化存储源数据、中间计算数据和计算结果,提高图计算在社交网络中的可靠性。最后,通过实验证明并行化图计算方法能有效提高计算速度和扩展性,支持大规模社交网络的挖掘分析,实现并行算法下高并发、高吞吐的特点。     

基于实验分析与数值模拟技术的产品概念设计方法

为直观、合理地驱动产品概念设计方案的形成与输出,借助于实验测试与数值模 拟技术整合的优势互补特点,提出基于实验分析与数值模拟技术的产品概念设计方法。首先, 对设计对象进行前期的市场调研与分析,确定合适的设计着力点;其次,利用实验测试与数值 模拟技术分析现有产品的功能特性,寻找设计的突破点;然后,深入产品机理分析,以此为基 础提出设计解决方案,并论证其可行性;最后,对功能与形式的关联性进行探讨,确定最终的 产品造型,输出完整的产品设计概念。实验与数值分析方法在设计过程中的综合应用,构建起 以论证为基础的产品设计流程,确保了方案形成与输出的科学合理性,有助于提升产品设计效 率与质量,以桌面小风扇创新设计为例验证了方法的有效性。     

交通流多预期延迟模型与数值仿真

为了更准确地描述交通流,考虑驾驶员反应延迟时间和前车信息的非均衡使用,建立一种多预期延迟跟驰模型。线性稳定性分析表明,驾驶员反应延迟时间的增加会降低交通流的稳定性,多个前车信息的使用可以提高交通流的稳定性。数值仿真的结果表明,减少司机的反映延迟时间和适当地增加前车信息都能提高交通流的稳定性。为尽可能少地引入输入变量,不均衡地利用前车的车间距和速度差信息是必要的。理论和数值模拟的结果均表明驾驶员反应延迟在交通拥堵的形成过程中起着重要作用。     

基于简化的质点弹簧模型的布料模拟

首先运用质点弹簧系统建立布料的面模型,针对布料模拟中经典的质点弹簧模型效率不高的问题,提出了简化的质点弹簧模型,通过减少弹簧的数量来简化模型提高效率;为提高数值求解的计算效率,用显式欧拉法对模型进行数值求解;针对模拟过程中存在过度拉伸的问题,通过构造约束变形进行了合理解决,选用层次包围盒法对布料进行碰撞检测;最后在确保模拟的稳定性的基础上,高效.逼真的模拟出了布料.     

交通流多格点预估格子模型与数值仿真

考虑驾驶员对多格点交通流量预估效应,建立了新的交通流多格点预估格子模型。通过线性稳定性分析获得了改进模型的稳定性条件。通过非线性分析得到了扭结—反扭结密度波解,得到了交通流相空间的三个区域:稳定区域、亚稳定区域和不稳定区域。数值仿真验证了考虑驾驶员对多格点的预估效应,能够进一步提高交通流的稳定性。