基于两相静止坐标系的MMC-HVDC系统稳态控制策略

控制系统对于柔性直流输电系统的运行性能起着至关重要的作用,因此对控制策略的研究有着重要的意义。推导了基于两相静止坐标系的模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct currenttransmission,MMC-HVDC)系统的数学模型,再结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了基于两相静止坐标系的MMC-HVDC系统稳态控制策略。该策略避免了两相旋转坐标系中的电流交叉耦合项,不需要前馈解耦,整个控制系统更加简单。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中对上述控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。     

基于准比例—谐振控制的MMC-HVDC环流抑制策略

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统三相桥臂之间存在的环流分量,直接影响系统工作特性,增加系统损耗。根据桥臂电流中含有二倍频分量的特性,构建了两相静止坐标系下模块化多电平换流器(MMC)的环流数学模型。为实现正弦输入的无差跟踪,设计了准比例—谐振(PR)控制器实现框图,并基于准PR控制器设计了环流抑制控制策略。相对于旋转坐标系下的环流抑制控制器,所提控制策略无须引入耦合便可实现解耦控制,减小了参数调节工作量,同时无须进行旋转坐标变换,减小了延时,提高了响应速度。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了基于准PR控制的环流抑制策略的有效性。     

模块化多电平换流器直流输电控制策略

模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的控制策略及电流内环控制器对其故障时的运行特性有着重要影响。设计了电网电压不平衡下负序电流抑制策略和对应的限流环节。为解决正负双序同步旋转坐标下电流序分量分解和控制器较多问题,构建了基于比例积分和谐振控制的混合电流矢量控制。此外为降低桥臂环流对系统运行的影响,在分析桥臂电流构成成分的基础上,针对环流序分量2倍频特点设计了桥臂环流抑制器。仿真结果表明混合电流矢量控制能够实现直流和2倍频交流电流信号的统一控制,达到了负序电流和桥臂环流的抑制效果。     

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义。论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理。在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图。在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器高压直流输电控制策略

在电网电压发生不平衡故障时,分析了模块化多电平换流器高压直流输电(MCHVDC)功率分量特性。为实现正负序电流统一控制,引入复合控制器(比例积分+准谐振控制器)作为电流内环控制,避免了同步旋转坐标系下电流序分量分解问题。研究了抑制负序电流、有功功率波动控制策略,并利用电压降落和不均衡度指标设计了对应的低压限流环节。为降低环流造成的额外损耗,在分析环流分量故障特性基础上,设计了桥臂环流抑制器。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建了仿真模型,对负序电流、有功波动抑制和环流抑制策略的有效性进行了仿真说明。     

基于MMC欧拉-拉格朗日模型的HVDC不对称故障控制

基于模块化多电平换流器(MMC)的稳态数学模型,建立了MMC离散化数学模型,并基于模型设计了MMC电流内环离散控制器。针对MMC直流输电故障时系统中存在的负序电流,提出了基于MMC欧拉—拉格朗日模型的正负序无源控制器。为保证故障时系统仍能安全传输指定的有功功率,采用了故障时的有功功率控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了21电平模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统仿真模型。仿真结果表明,所述控制策略在稳态和暂态过程中具有良好的控制效果,且结构简单,对实际工程具有一定的参考价值。     

基于PR调节器的MMC-HVDC内部环流抑制策略研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为高压直流输电的新型拓扑,其内部环流直接影响其正常工作特性。为抑制MMC内部的三相环流,结合以往对环流的分析与结论,针对环流的交流分量,设计基于比例谐振(proportional resonant,PR)调节器的环流抑制器,并提出基于二阶广义积分器(second-order generalized integrator,SOGI)和直流积分器相互配合的交流环流提取方法。该抑制器无需负序坐标变换和相间解耦环节,适用于任意相数的MMC控制。搭建包含该抑制器的MMC-HVDC仿真模型,仿真结果表明,该方法能有效地抑制MMC内部环流,并确保MMC正常工作。     

基于PCI控制的MMC-HVDC系统稳态控制策略研究

模块化多电平柔性直流输电系统MMC-HVDC常规采用比例积分双闭环控制,在两相旋转坐标系下存在电流耦合项需要加入前馈解耦控制,为了简化控制器,采用比例复数积分PCI控制在两相静止坐标系下对电流内环进行设计。将PCI内环与功率外环结合,提出基于PCI控制的稳态控制策略。通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对上述控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所设计控制器稳态跟踪性能好,且外环功率控制相互影响更小,控制策略是有效的。     

电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制

电网故障条件下模块化多电平换流器型高压直流输电系统的控制策略是目前亟需进行的一个研究课题。为此,基于Kirchhoff定律,给出了描述模块化多电平换流器(MMC)交流侧和直流侧动态特性的通用动态数学模型。该模型不仅适用于交流电网对称状态,而且适用于交流电网不对称故障状态,并考虑了换流变压器漏感的影响。根据对称分量法将换流器的通用动态数学模型分解为包含正序和负序分量的2个子系统,引入了换流器的正序和负序电流矢量解耦控制器以及外环功率控制器,可以实现在交流电网正常以及故障状态下对模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的有效控制。设计了电网故障期间MMC输送功率的动态限幅控制,可以根据故障的种类和程度调节输送功率的限幅值,防止开关器件过载。指出了总直流电流在3个相单元之间的分配在交流系统对称状态下是基本均匀的,而在交流系统不对称故障状态下是不均匀的。仿真结果验证了所设计的电网故障时MMC-HVDC控制器的有效性和正确性。     

比例谐振控制器在MMC-HVDC控制中的仿真研究

基于模块化多电平高压直流输电系统(high voltage direct current transmission based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)通常采用双闭环矢量控制策略,由于该策略在不平衡故障情况下,需要采用正负序2套旋转坐标系对正负序电流分别进行控制,从而存在需要调整控制参数多、动态响应慢的问题。该文在两相静止αβ坐标系下,分析了 MMC-HVDC 数学模型的特点,并对其功率分量进行了相应推导。为了实现交流信号无静差控制,在αβ坐标系下引入比例谐振控制器实现正负序电流的统一控制,该策略无需繁琐的旋转坐标变换,从而不存在受电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,进而方便了控制器的设计;同时利用PR控制器对传统电容电压均衡控制内环进行了改进,最后,在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型基础上,验证了αβ-PR平衡和不平衡控制策略的有效性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(high voltage direct current based on modular multi-level converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(circulating currentsuppressing controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMT-DC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

文中提出了一种基于内环电流状态反馈解耦控制的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)高压直流输电(HVDC)系统控制策略。首先,在d-q同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC的数学模型,然后建立含内环电流控制和外环控制的MMC-HVDC双环控制系统。内环控制器实现对同步旋转坐标系下d轴电流、q轴电流精确跟踪控制,通过状态反馈解耦控制,实现dq轴电气量解耦的内环电流控制;对内环控制器进行极点配置,提高其稳定性,使内环电流控制器可以简化为一阶惯性环节。外环控制采用PI控制,以适应换流器的多种运行方式。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真,仿真算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于 MMC 的柔性直流系统控制策略研究

模块化多电平换流器作为柔性直流输电系统的常见换流器拓扑结构,对其进行控制策略研究具有重要意义。首先介绍了MMC的拓扑结构和基本工作原理,推导得到了MMC-HVDC的简化电路模型,设计了dq坐标系下的内环电流控制器及外环控制器;然后研究了MMC-HVDC系统下的有功/无功控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真研究,仿真结果表明了该电路模型的正确性及控制策略的有效性。     

电网电压不对称时MMC-HVDC精确环流抑制控制

基于模块化多电平换流器(MMC)柔性直流输电被认为是最具竞争力的高压直流输电方式。基于PR控制器的MMC环流抑制策略已经得到广泛应用并能有效降低桥臂各环流分量,但在电网电压不对称时,桥臂环流中零序电流分量将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动,现有控制策略不能很好地对其进行抑制。并且现有环流控制模型不能完全揭示MMC内部固有特性,这也阻碍了对MMC的进一步的理解和应用。针对以上两个问题,提出精确的环流控制模型,指出MMC内部环流电气量之间的相互关系。在此基础上,设计了新的环流抑制策略,在Matlab中搭建了±100 k V/300 MW MMC-HVDC仿真模型。仿真结果表明所提控制策略能同时降低桥臂环流和直流电压纹波,提高了MMC-HVDC故障穿越能力。     

基于MMC的背靠背柔性直流输电系统控制策略

首先研究了基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电系统的基本控制策略。然后,分析了背靠背MMC-HVDC输电系统的特性,其整流侧换流器与逆变侧换流器的控制系统可共用机柜,因此能实现两侧换流器控制信号的无时延共享。在此基础上,针对背靠背柔性直流的应用需求,提出了一种适用于背靠背MMC-HVDC的控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了背靠背MMC-HVDC系统仿真模型,验证了所提控制策略的控制效果。     

MMC-HVDC功率运行区间的优化控制方法

提出了一种基于模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的功率运行区间优化控制方法。建立了换流器内部环流的模型,揭示了子模块(SM)电容电压波动对换流器内部环流的影响机理;设计换流器二倍频电流补偿的相间环流抑制方法,降低了SM电容电压波动,进而扩大换流器的功率运行区间。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了双端MMC-HVDC仿真系统,仿真结果表明所提出的方法能够有效扩大其功率运行区间。     

基于状态反馈精确线性化的MMC非线性解耦控制研究

柔性直流输电中,传统闭环比例积分(proportion integral,PI)控制策略基于两电平电压源型换流器模型进行设计,对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并未考虑其桥臂环流和子模块电容电压动态特性的影响,以致MMC的有功、无功和环流间并未实现真正的完全解耦控制,且难以兼顾暂态响应速度和稳定性之间的平衡。鉴于以上不足,该文基于状态反馈精确线性化理论,提出一种MMC非线性解耦控制策略,给出其非线性状态反馈律的设计方法和完整控制框图,对其进行零动态稳定性分析并给出PI控制器参数的具体整定方法。该文以两端MMC-HVDC为例对分别应用传统闭环PI控制和非线性解耦控制的MMC暂态性能和抗扰动性能进行对比,仿真结果表明:相对于传统闭环PI控制,非线性解耦控制实现有功和无功间完全解耦控制,且暂态响应迅速,控制参数易于整定,具有更强的抗交直流电压扰动特性。     

基于降阶矢量比例积分器的MMC-HVDC不平衡控制策略

为提高模块化多电平高压直流输电系统在电网电压不平衡时的运行能力,提出一种新型不平衡控制策略。该策略在正向同步旋转坐标系下电流比例积分(proportional integral,PI)闭环控制的基础上引入以抑制负序电流、抑制有功波动或抑制无功波动为控制目标的辅助控制器,避免了电压、电流正负序分解和繁琐的指令电流计算。为实现上述3种控制目标,对二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)、降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)和降阶矢量比例积分器(reduced order vector proportional integrator,ROVPI)这3种控制器进行了研究对比。研究发现,SOGI作为辅助控制器将产生3次正序谐波,导致电流畸变;与ROGI相比,ROVPI具有更好的控制精度和相位裕度,因此选择ROVPI作为辅助控制器。仿真结果验证所提不平衡控制策略的正确性和有效性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。