具备故障电流阻断能力的改进型子模块及特性

实际工程中如何实现直流故障电流的阻断是基于模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)的柔性高压直流输电(flexible high voltage DC transmission based on MMC, MMC-HVDC)系统中亟需研究与解决的关键问题之一。在分析已提出的子模块拓扑的基础上提出一种带有双向开关的钳位双电容子模块(clamp double capacitor bidirectional switch sub-module, CDCBSSM),该子模块拥有双电容可以输出三个电平,发生故障时将电容反向串联进故障回路中,利用电容的反向电压在抑制故障电流的同时迫使钳位二极管处于偏置状态从而快速切断故障电流且闭锁后电容电压较为稳定。与其他子模块拓扑相比该子模块单位电容下所需功率器件的数量最少,具有良好的经济性。在MATLAB仿真平台上对该子模块的故障阻断特性进行验证,仿真结果证实该子模块在阻断直流故障电流方面的确有效且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。     

基于k/n（G）模型的MMC系统可靠性建模与分析

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的可靠性分析通常忽略控制模块与子模块间的相关性，首先基于子模块拓扑分析，建立单个子模块与控制模块的可靠性模型；然后考虑MMC同一桥臂各子模块以及控制模块使用寿命之间的相互影响，依据Copula理论多变量联合概率分布函数构造方法，选取符合特殊应用场景下的Copula函数；其次考虑所有模块间相关性前提并结合k/n（G）模型建立MMC可靠性分析模型；最后以上海南汇柔性直流输电示范工程为例分析了运行年数、相关程度、必备子模块数量及冗余子模块数量不同情况下MMC可靠性的变化规律. 结果表明，该模型能较好地满足MMC可靠性评估要求，可为MMC拓扑设计和冗余配置提供必要的信息.     

模块化多电平换流器子模块故障仿真与诊断

分析了模块化多电平换流器(MMC)的工作原理和故障特性,搭建了基于MATLAB/Simulink的五电平MMC故障仿真平台,对子模块中IGBT器件的开路、短路和高阻等故障状态进行模拟,总结出发生不同故障时输出直流电压、子模块电容电压和交流侧三相电流的变化特征,可为MMC故障诊断与故障模块定位提供参考。     

混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略

基于半桥子模块和全桥子模块组成的子模块混合型模块化多电平换流器桥臂不仅具备直流侧故障自愈能力,而且具有更高的设备利用率和更低的功率损耗特性,提出一种适用于换流器输出电平数较少的该类子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的改进载波移相控制策略。该控制策略将载波移相调制和基于排序的传统子模块电容电压均衡方法相结合,采用附加控制器维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,并在PSCAD/EMTDC中搭建子模块混合型MMC仿真模型。研究结果表明:所提出的改进载波移相控制策略是可行和有效的,采用附加控制器可维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,有效避免最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)应用于电平数较少换流器带来的谐波问题,提高波形质量,适用于子模块数量较少的低电压场合。     

不同子模块MMC在中压直流配电网中的应用研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的子模块是其核心部件。结合MMC在中压直流配电网领域的广阔前景,分析了MMC常见的半桥型、全桥型子模块结构。简化半桥型、全桥型、混合型三种子模块结构的MMC在直流侧双极短路故障时的等效电路,从理论上分析了三种子模块结构的MMC对直流侧双极短路故障的抑制能力。针对三种子模块结构MMC,分别通过基于PSCAD/EMTDC的两端MMC系统的仿真,验证了理论分析的正确性。得出在中压直流配电网中,混合型子模块结构MMC在技术上的可行性和经济上的优越性。为未来中压直流配电网中换流器子模块拓扑的选择提供参考。     

基于模块化多电平换流器的直流系统故障电流分析及故障穿越测试

半桥型模块化多电平转换器(half-bridge modular multilevel converter,HBMMC)具有阻止直流链路中的短路的能力,而全桥型模块化多电平转换器(full-bridge modular multilevel converter,FBMMC)可以产生双极性电压从而阻止直流链路中的短路电流快速清除直流侧故障,是实现直流故障穿越的理想拓扑。研究极间短路故障的特征及其数学模型,提出计算故障电流的改进分析法。基于临界故障电阻分析,研究模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的传输系统的直流短路穿越的能力。分别模拟两种运行模式:第一种运行模式中MMC可以用无功功率支持交流电网,但不会传输有功功率;第二种运行模式中MMC可以在故障期间传输有功功率。在PSCAD/EMTDC软件中构建FBMMC-HVDC仿真模型,验证所提概念的可行性。     

柔性控制器MMC子模块最优冗余数量双重协同优化方法

柔性直流系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块故障影响系统正常运行,可靠性和经济性的相互制约是MMC冗余数量配置优化的关键问题之一.对此,建立含冗余子模块MMC可靠性和经济性数学模型的多目标优化函数,提出一种柔性控制器子模块冗余数量双重协同优化方法.该方法结合权重系数和NSGAII多目标优化算法的优势,在冗余数量取...     

网压不对称工况下MMC桥臂能量优化控制

为保证模块化多电平换流器安全稳定运行和降低其对子模块电容的需求,针对模块化多电平换流器在网压不对称时出现的各桥臂间能量不平衡以及子模块电容能量波动增加等问题,提出一种适用于网压不对称工况下MMC桥臂能量优化控制策略。该方法在分析网压不对称工况下MMC内部能量变化的基础上,以抑制负序电流为系统控制目标,优化控制MMC桥臂电流各分量,进行相间及同相上下桥臂间能量平衡控制,并采用环流注入控制策略减小子模块电容能量波动,从能量平衡和降低能量波动2个方面优化控制网压不对称工况下MMC内部桥臂能量,实现MMC的安全稳定裕度提升,降低MMC对子模块电容的需求。最后,通过MATLAB/SIMULINK进行仿真验证。研究结果表明:本文所提出的控制策略能有效实现对MMC内部能量变化控制,有助于系统稳定运行。     

MMC-HVDC直流侧故障分析

针对MMC-HVDC经常出现且棘手的直流侧故障问题，分析了多电平模块化换流站（Modular Multilevel Conventer，MMC）的运行原理及工作特性，提出了采用子模块均压控制和相间环流抑制的适用于MMC的直流输电系统，并设计了相应的控制器；在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型，然后对MMC-HVDC直流侧单极接地、双极短路、断线故障仿真，仿真结果说明：所提出的控制策略能够保证系统在发生故障后维持稳定，提升了MMC-HVDC直流输电系统解决故障的能力；最后展望了更合适的故障保护措施及过电流抑制方法，对解决直流侧故障具有很重要的指导作用。     

基于全桥型MMC的直流融冰控制方法研究

冰灾的频繁发生使得直流融冰装置已经成为易覆冰地区电网中的常规设备.现有直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术,在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波,对接入交流系统带来一定影响.全桥型模块化多电平换流器具有直流电压、电流双向运行能力,可满足直流融冰对换流器运行工况的要求.将研究基于全桥型模块化多电平换流器(全桥型MMC)的直流融冰装置建模方法.对直流融冰装置主回路拓扑、参数,调制均压、控制策略进行全面研究,利用全桥型子模块(FBSM)可输出正、零、负模块电压的特点,研究如何实现输出电流、电压宽范围连续可调,以满足不同类型、长度线路的融冰需求,并利用PSCAD搭建全桥型MMC和LCC型直流融冰装置模型,对二者进行对比分析,验证了全桥型MMC直流融冰装置的优势,仿真结果验证了模型控制和方法的有效性.     

无变压器MMC交流故障穿越策略

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性技术是实现城市分区电网互联的新技术,针对目前双联接变压器半桥子模块MMC和单联接变压器混合子模块MMC的柔性互联装置造价高和占地面积大的缺点,提出了 一种基于无变压器混合子模块MMC的供电分区柔性互联装置.分析了装置连接的分区电网间零序电流特性,设计了 一种基于比例谐振控制器的零序电流抑制策略.针对电网故障时,非故障相电压抬升对装置运行特性的影响,指出了一种降低直流电压的控制方法,并给出了电网故障时直流电压参考值和装置MMC桥臂全桥子模块占比的设计方案.在基于RT-LAB的半实物实验平台上进行了实验,实验结果表明电网单相对地故障时分区电网间的零序电流为零,装置仍然可以实现75％额定功率的传送,验证了本文直流电压参考值和全桥子模块占比设计的正确性以及交流故障穿越策略的有效性.     

基于残差分析的MMC子模块故障定位

针对采用最近电平逼近调制(NLM)方式的模块化多电平换流器(MMC)系统,提出一种新的子模块故障定位方法。将给定的NLM阶梯波波形作为参考,与MMC输出的故障电压波形进行比较而构成残差,通过残差分析并结合子模块位置信息可以实现故障子模块的快速定位。在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了9电平MMC逆变器系统,仿真结果验证了该故障定位方法的有效性。     

基于模块化多电平换流器电容均压控制的环流抑制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电压波动导致相间环流过大的问题,在设计MMC子模块均压的基础上,提出一种将低通滤波器与并联的多个准比例谐振(quasi proportional resonant,QPR)控制器结合的新型环流抑制器.首先介绍MMC基本拓扑结构及分析MMC桥臂子模块电压波动与桥臂环流的机理关系,然后提出基于MMC电容均压控制的环流抑制策略,最后在Matlab/Simulink中验证该方案的有效性与可行性.仿真结果表明,MMC子模块电容电压波动幅度较小,并且MMC中高频与低频环流均在合理范围之内.     

交流侧不对称故障下柔性直流输电系统优化控制研究

基于模块化多电平S换流器的柔性直流输电系统（Modular Multi-level ConverterHigh Voltage Direct Current,MMC-HVDC）在交流电网发生不对称故障时,故障侧MMC的内部特性和系统运行都受到较大影响.基于MMC桥臂平均值模型,提出一种不对称工况下MMCHVDC系统的优...     

交流侧故障下MMC-HVDC能量平衡控制策略

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)在交流侧故障下的常规控制方法存在换流器内部能量难以快速控制,交流侧故障导致各桥臂间能量可能出现不平衡等问题.从换流器内部机理的控制角度出发,提出了基于能量平衡控制的MMC控制方法,该方法通过优化控制MMC各桥臂电流分量来调节换流器桥臂间的功率流向,实现交流侧电流与换流器内部能量的协同控制,有效抑制换流器在系统故障过程中所引起的内部能量不均衡过程.最后,通过MATLAB/Simulink平台搭建了37电平MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性.     

大型光伏电站直流升压汇集接入系统建模与数字仿真

以大型光伏电站为主要研究对象,针对性地研究其汇集系统.通过分析多种现有光伏电站换流器接线方式的优缺点,提出一种新型的大型光伏电站直流升压汇集系统拓扑;建立基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)技术的高变比DC/DC换流器和DC/AC换流器拓扑,并对大型光伏直流升压汇集接入系统进行建模及数字仿真;基于系统直流侧故障的原理和模型短路故障状态,比较、分析仿真结果,总结出故障特性.研究成果可为直流升压汇集系统新型设计及基于MMC的多类型换流器控制提供参考与借鉴.     

改进的最近电平调制策略在模块化多电平变换器中的应用

为了提高模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)在子模块数量较少时使用最近电平调制(nearest level modulation,NLM)的输出电压质量,以及上下桥臂电压的平衡,提出了一种改进的最近电平调制方法。与传统最近电平调制方法相比,改进的调制方法的优势在于能够将输出电压电平数从N+1增加到2 N+1,在不改变子模块电容平均电压的情况下,降低了输出电压的总谐波失真,并且减小了子模块电容电压的波动以及上下桥臂电压均值的差异。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了控制策略的有效性。     

考虑控制方式的MMC-HVDC系统单极接地故障电流计算方法

直流侧单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modular mutilevel converter, MMC)的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统最常见的故障类型,一般以换流站闭锁前子模块电容放电电流近似故障电流,忽略了换流站控制环节的影响,结果存在误差。提出一种考虑换流站控制方式的故障电流计算方法,针对换流站主从控制,改进了基于微分方程的求解方法,在故障后的等效回路中使用并联受控电流源将换流站控制环节纳入考虑范围,分别对定功率控制与定电压控制方式下的故障电流进行计算。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC-HVDC系统模型,验证了所提方法的准确性。     

柔性直流输电系统的换流器拓扑结构

为研究柔性直流输电系统的发展趋势,通过分析不同类型的换流阀拓扑结构,比较它们的优缺点,指出采用包含全桥子模块或箝位双子模块的模块化多电平换流器,是未来柔性直流输电技术的发展方向,     

MMC平均值模型在直流电网中的适用性分析

为了弥补原有AVM在仿真直流故障及换流器闭锁等方面精度不足的问题,研究了模块化多电平换流器(MMC)的平均值模型(AVM),在电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)电网中的适用性.本文从MMC换流器拓扑的角度出发,提出了改进的AVM,采用MMC的电磁暂态(EMT)详细模型搭建的4端MMC型直流网络为基准,对比发现AVM有效的前提是MMC精确模型中的电容值足够大,以使得MMC中每个子模块(SM)的电容电压近似恒定.仿真证明:本文所提改进平均值模型能够精确仿真直流故障时换流器闭锁等工况,对MMC建模有着重要的工程指导意义.