全桥变桥臂电压源变流器拓扑参数及恒压策略研究

变桥臂多电平变流拓扑(alternate-arm multi-level converter,A2MC)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。该文阐述了一种新型全桥变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternate-arm voltage source converter, FA2MC)的工作原理;针对该新型换流器拓扑,从桥臂能量平衡的角度,对其子单元电容参数进行了合理设计,并针对各子单元电容电压均衡的问题,给出了一种简单有效的电压控制策略及桥臂电感参数选取依据。对该拓扑进行了三相并网模型 PSIM 仿真,并在实验室制作了单相样机,得到的仿真及实验波形验证了该拓扑结构的电容电感参数设计及子单元电容恒压策略的正确性和可行性。     

基于新型PD-PWM偏置分配策略的电感储能型全桥子模块并联变流器

基于电感储能的全桥子模块并联结构能够直接对并网电流波形进行控制。随着器件技术与超导技术的进步,这种模块化的电流型变流器在储能领域具有较好的前景。但是其各子模块电感存在均流的问题。本文针对这一问题,提出一种新的PD-PWM载波偏置分配策略,有效解决了上述问题。本文详细描述了该方案工作原理,仿真验证了所提出控制策略的均流效果。     

桥臂复用型模块化多电平换流器的拓扑及控制研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的轻型化需求,提出一种具备子模块高利用率的桥臂复用型模块化多电平换流器(arm multiplexing MMC,AM-MMC)。通过将相单元划分为上桥臂、复用桥臂和下桥臂,并利用桥臂切换开关对桥臂进行复用,AM-MMC可有效提高子模块利用率、降低子模块装配数量。为了避免桥臂切换开关的动态均压问题,设计确保AM-MMC在上、下桥臂复用模式之间平稳切换的模式切换策略。此外,根据AM-MMC拓扑特点,设计最近电平逼近调制和分段脉宽调制策略,以满足其在高压直流输电和中低压直流配用电领域的调制需求。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,AM-MMC能够顺利完成交直电压变换与能量传输,且运行效果良好。与常规MMC相比,所提AM-MMC的子模块利用率提升至66.7%,子模块装配数量降低25%,有效实现了轻型化目标。     

一种新型全桥变桥臂型VSC-HVDC变流拓扑

目前广泛应用于VSC-HVDC的变流方案主要有3种:HVDC-light、HVDC-Plus和变桥臂多电平拓扑(alternativearm multi-level converter,A2MC)。A2MC结构采用变桥臂技术,在直流母线、损耗、子单元数量上与另外两种方案相比都有所改进。基于变桥臂变流原理,提出一种全桥型变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternative arm multi-levelconverter,FA2MC),对柔性直流输电变流器性能进一步优化。系统阐述该拓扑结构的工作原理,并对FA2MC结构、A2MC结构和模块化多电平变流(modulator multilevelconverter,MMC)结构的子单元数量、IGBT数量以及损耗进行数学分析和理论推导。所提出的FA2MC结构在A2MC结构的基础上进一步降低了直流母线电压等级、子单元和所需IGBT数量,并且延续了A2MC结构损耗较低、具有直流侧故障阻隔能力的优势。仿真与实验结果验证了新拓扑结构的正确性和有效性。     

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。     

三相四桥臂动态电压恢复器滑模变结构控制仿真研究

将一种三相四桥臂逆变器的拓扑结构应用于动态电压恢复器主电路。具有直流电压利用率高、无需大的直流电容,不需要对直流电压进行附加控制等优点。同时,采用基于abc坐标系的三相四桥臂逆变器空间矢量调制方法,在此基础上,提出动态电压恢复器的滑模变结构控制器设计方法。消除了负载电流扰动对系统控制性能的影响。最后在理论分析基础上,通过仿真对上述方法进行了验证。仿真结果表明,上述方法具有较理想的动态和静态性能。     

具有故障穿越能力的T型桥臂交替多电平换流器及其调制策略

针对常规模块化多电平换流器(MMC)难以兼顾直流故障穿越能力与系统经济性的问题,提出一种T型桥臂交替多电平换流器(T-AAMC)及其调制策略,其直流桥臂采用半桥子模块并配合桥臂移相的新型调制策略,有效降低换流器建造成本与运行损耗,同时由全桥子模块串联组成的交流桥臂实现了直流故障穿越.首先,介绍了T-AAMC的拓扑结构,...     

基于两电平的4桥臂SAPF空间矢量调制算法的研究

4桥臂有源电力滤波器的作用越来越重要,但是传统的4桥臂空间矢量调制策略在三维空间内,算法复杂,不易于实现。研究了电压空间矢量调制算法与载波SPWM调制算法,分析出两者之间的本质联系,在此基础上从本质上对4桥臂等效SVPWM调制算法进行详尽的分析研究,提出一种基于三角载波比较的等效SVP-WM调制算法。最终得到固定的零序分量表达式,避免了3D-SVM中复杂算法和繁琐的计算过程,更加易于实现。仿真、实验结果验证了该调制算法的优越性。     

降低模块化多电平换流器子模块电容值的控制方法

模块化多电平换流器(MMC)因必须对子模块电容电压波动范围进行限制,导致所需的子模块电容值较大,带来较大的成本和体积问题。提出了一种降低MMC所需电容容量的运行方式和参数设计方法。所提方法将子模块电容电压直流分量的实际运行值适当降低一定的比例,使电容电压波动的最大允许幅度增大,使选择较小的电容值成为可能。详细分析了所提方法的运行方式。为使所提出的降低电容容量的运行方式能够更好地实现,还提出了一种可以实现交流端口电流、直流端口电流和内部环流解耦控制的桥臂瞬时电流直接控制方法。通过这一方法可以直接控制换流器的内部环流分量,并能够动态调节各桥臂子模块电容电压。通过RT-LAB平台对所提出的运行方式进行了详细的仿真研究,验证了其可行性和有效性。     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制

桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的桥臂由多个全桥子模块和带有反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联,通过上下桥臂轮流导通来输出多电平的正弦波。如何维持AAMC子模块电容电压稳定是AAMC研究的难点。从桥臂能量平衡的概念出发,建立了在特定角度进行上下桥臂换流实现桥臂子模块电容电压控制的能量平衡方程,提出了换流角的计算方法。通过桥臂最大导通电压的研究,提出了两个换流角的解与无功功率的互补特性。依据无功方向优化选择换流角,有效降低了桥臂最大导通电压,减少了桥臂所需子模块的数量。通过换流角与电容电压耦合机理研究,提出了局部线性化的电容电压一阶模型,以此为基础提出了换流角前馈与比例—积分(PI)控制相结合的电容电压控制策略,既提高了控制响应的快速性,又保证了电容电压的稳定性。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于换流角的子模块电容电压控制方法的有效性。     

不对称交流电网下MMC-HVDC输电系统的控制策略

不对称交流电网下的功率波动将引起模块化多电平换流器子模块能量的不平衡,进而影响模块化多电平变流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC, MMC-HVDC)的动态性能。基于不对称交流电网下MMC桥臂瞬时功率的分析,确定换流器内部子模块电容电压及桥臂环流的控制目标。在此基础上,提出一种基于子模块电容电压预估的最近电平调制和基于桥臂环流预估的直接环流控制,两者相结合的复合控制策略。不论交流系统对称与否,在所提出的控制策略下,均能保证换流器上下桥臂间,三相间以及总子模块电容电压的相对平衡,实现对基频及二倍频谐波环流的抑制。基于 PSCAD/EMTDC,建立两端 MMC-HVDC 仿真模型,分别在有功功率和直流电压控制站进行不对称交流电网的仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略能够保证故障期间子模块电容电压平均值保持恒定,直流电压不会由于二倍频零序瞬时功率出现二倍频波动,系统故障穿越能力得以提升。     

适用于模块化多电平变换器的改进调制策略研究

在介绍模块化多电平变换器基本运行特性的基础上,分析了传统的最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)策略,针对传统的NLM调制提出一种优化改进策略,该策略能够将变换器的输出电平数由N+1提高至2N+1,有效降低变换器输出电压的谐波含量,提高变换器输出性能。同时,所提调制策略还能够降低子模块电容电压的波动,有利于延长电容器的使用寿命。最后,在PSCAD/EMTDC软件平台上建立了系统的详细仿真模型,验证了所提策略的有效性。     

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.     

一种模块化多电平换流器电压均衡改进策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是柔性直流输电系统的核心设备,其子模块的电容电压均衡问题直接影响系统的正常运行.针对此问题,首先介绍了一种现有的基于固定轮换的均压方法,指出其优缺点;再进一步提出一种改进的均压策略,能够在达到几乎相同的均压效果的基础上,减少模块的轮换;...     

模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制策略及验证

介绍了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统在网侧出现不平衡运行状态下的故障控制策略,对比了各种控制方式的优劣。在分析和推导MMC数学模型的基础上,提出了一种基于故障负序电压叠加的故障控制方法。利用离线仿真工具对该方法进行了仿真研究,并在实际工程中对该方法进行了实验验证,给出了仿真和工程试验结果。采用不同控制策略时的仿真结果比较以及仿真与工程实验结果对比表明,采用所提出的故障控制策略对提高柔性直流输电系统在发生网侧故障时的持续运行能力有所帮助。     

模块化多电平换流器子模块IGBT损耗优化控制策略

模块化多电平换流器(MMC)因具备模块化、调度灵活等优势得到广泛应用.然而,逆变工况下,MMC子模块上下管绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的损耗分布不一致,导致子模块内各器件的寿命差异大,而系统可靠性取决于寿命最低的器件,因此,子模块器件的可靠性将严重威胁到换流器的安全可靠运行.为此,文中提出了一种MMC子模块IGBT损...     

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）传统子模块（sub-module,SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。