模块化多电平换流器的快速数字仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑中含有大量电力电子开关元件,因而在基于器件电气物理模块的电磁暂态仿真环境中仿真速度十分缓慢.提出了一种基于简化阻抗变换矩阵的MMC快速数字仿真模型,将电气开关等效为两个状态的可控等效电阻,电容则等效为其暂态等值模型,从而构建了单个子模块的等效阻抗变换矩阵,通过等效电阻串联的方式,简化了矩阵计算,大幅降低了MMC的仿真时间.在Matlab/Simulink环境下搭建了MMC快速数字仿真模型,验证了该模型的有效性.     

一种改进的模块化多电平换流器模型预测控制策略

模块化多电平换流器以其高效率、低谐波、开关频率低的特点在高压高功率输配电领域得到了日益广泛的应用。模型预测控制可以控制多个被控变量。传统模型预测控制应用于具有大量子模块的模块化多电平换流器系统时,计算量巨大,无法实现实时控制。本文提出一种基于桶排序的双层模型预测控制方法。对电容电压进行桶排序,将电压排序后的子模块按次序等分为若干组,通过第一层模型预测控制确定需要插入桥臂的组数,再通过第二层模型预测控制进一步确定需要插入的子模块。在PSCAD/EMTDC下搭建模块化多电平换流器仿真系统,验证了所提方法的有效性。     

基于最近电平调制的MMC控制策略研究及仿真

模块化多电平换流器(MMC)因其开关耗损小、不依赖于器件串联技术等优势,成为高压大功率变流领域的研究热点.简要分析了基于MMC的最近电平调制(NLM)的原理,在电容电压排序法的基础上提出了上下桥臂电压的平衡控制.在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了基于MMC的最近电平逼近调制及其整流的仿真,结果表明最近电平逼近调制方式十分适用于MMC的大功率场合.     

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.     

新型电压源型换流器拓扑及控制策略研究

文章提出了一种新型的模块化多电平换流器拓扑结构,在中高压调速领域、交流柔性供电系统中有着广泛的应用前景。与传统的多电平换流器相比,其具有输出容量大、开关频率低(等于基波频率)、开关损耗小等优点。文章分析了模块化多电平拓扑结构的工作原理,并提出了一种基于采用最小谐波原则确定脉冲导通角度的基频开关调制策略,且给出了子模块电容电压平衡的控制方法;最后,基于Matlab软件平台搭建了一个11电平的模块化多电平换流器模型,验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于SOGI的MMC环流抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(high voltage direct current based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)系统在电力领域已经占据重要地位,但MMC系统存在环流,会增加开关器件和其他元件的额定容量以及系统损耗,严重影响了MMC的工作特性.为抑制环流,分析了MMC环流中包含的主要高次谐波,针对其中的二次和四次谐波,首先设计了基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的多谐波滤波器来提取环流中的谐波分量,其次设计了基于准比例谐振(PR)的环流抑制器.最后在PSCAD中建立了21电平MMC-HVDC模型进行仿真实验,结果表明,与传统的环流抑制方法作了对比,所提出的方法能更有效地抑制环流.     

一种模块化多电平的改进最近电平调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其模块化设计易于扩展、开关频率低等特点,在中高压大功率系统中得到越来越多的应用;而最近电平调制(nearest level modulation,NLM)作为一种实时阶梯波调制方式,常用于上百个电平数的场合。首先对MMC的基本结构和最近电平调制的运行机理进行分析,推导出该调制策略所存在的固有缺陷;在此基础上,提出了改进的最近电平调制策略。通过引入调制波与阶梯波间偏差,有效避免了在电平数较低情况下电容电压波动、环流等问题。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的最近电平调制策略进行了比较分析。仿真结果表明该改进调制策略可以提高系统的稳态运行特性,对子模块电容电压波动和环流产生抑制作用。     

基于MMC柔性多端直流配电系统的改进协调控制研究

针对模块化多电平变流器多端直流配电系统,提出了一种改进协调控制策略。该控制策略是对下垂控制改进,改进的策略避免了直流网络在功率发生较大程度变化时出现过电压。在此背景下,设计了基于半桥型模块化多电平换流器(Half-bridge Modular Multi level ConverterHBMMC)的四端柔性柔性多端直流配电系统。本文首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,然后在此基础上设计了四个模块化多电平换流器的控制和内部环流并在基础上改进了协调控制策略,最后用PSCAD/EMTDC平台搭建了21电平MMC验证仿真模型,最后仿真结果验证了:稳定时,各级控制器间的相互配合使得所构建模型可行性;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力,可以最大限度地维持直流电压的稳定。     

适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高，且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题，提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先，引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数；在此基础上，分析阶梯波修正量对电容电压的影响，提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法，实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制，从而限制电容电压波动范围，提高设备安全裕度.最后，在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.     

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。     

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.     

模块化多电平换流器子模块均压方法

子模块的均压问题是研究模块化多电平换流器(MMC)的关键技术。针对传统子模块电容电压均衡控制存在调制波计算量大的问题,提出一种优化的电容电压均衡控制策略,该策略在传统子模块电容电压均衡控制的基础上,引入2个开关,并设置2个电容电压偏差参考值与实际值进行比较来判断开关的开通与关断。这种方法不仅可以使电容均压计算量减少,而且可以切除故障子模块。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC的仿真模型,仿真验证该方法的正确性和有效性。     

开关磁阻电机的非线性解析模型及其在航空系统仿真中的应用

提出了开关磁阻电机的一个改进的快速非线性解析模型.该模型较好地兼顾了精确度及可快速计算性,并基于新一代的综合系统建模仿真工具——Dymola/Modelica对开关磁阻电机驱动系统建立模块化元件模型库.该模型库是作为航空动力系统元件模型库的一个子库,其建立充分利用了Modelica的非因果性特点,更好地解决了子系统耦合的问题,因此可重用性更强.最后给出了开关磁阻电机及其和航空发动机耦合的仿真实例,验证了模型的准确性以及本思路的可行性.     

基于子模块电容电压分块的MMC直流均压控制法

针对模块化多电平换流器在均压控制方面排序慢,开关动作次数多,以及换流器损耗大的问题,提出一种提高MMC的电容电压分块均压控制方法.依据桥臂电容电压极值来确定分块组合个数,用排序的复杂度和电压均衡效果来确定分块的多少,将不同大小的电容电压子模块放入不同的分块组合中,然后根据需要投入子模块的数目和电流方向进行优化排序,改变子模块的投入和切除状态.在PSCAD/EMTDC中21电平的MMC仿真结果显示,提出的均压方法加快了均压控制的排序,同时利用IGBT使换流器的开关损耗得到了降低.     

基于卡尔曼滤波算法的MMC子模块IGBT在线监测方法

柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块元件经常会发生老化失效进而威胁系统安全稳定运行.为此,以监测子模块状态为目标,提出一种针对子模块绝缘栅双极型晶体管(IGBT)中的开关管和二极管状态同时监测的方法.首先,基于子模块工作状态和各元件状态参数的关系建立数学模型;然后,通过卡尔曼滤波算法滤除传感器测量噪声,防止噪声对计算结果造成影响;接着通过所建立的数学模型实时监测子模块IGBT和二极管的状态;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建7电平的直流输电系统进行仿真验证.结果表明,所提出的算法估计误差在0.1%以下,满足实际工程中的在线监测要求,可提高系统的可靠性.     

基于MATLAB的VSC-HVDC系统特性的分析与研究

柔性直流输电系统的基本特征是采用全控型的电力电子开关器件和高频PWM调制技术,其在现代电力中的应用得到极大关注.基于MATLAB研究两相三电平VSC-HVDC系统的结构和控制原理,并仿真分析系统在阶跃响应、交流系统扰动和交流系统故障时的动态特性.仿真结果表明,电压源换流器型柔性直流输电系统具有良好的稳态性能和动态性能,为后续深化柔性直流输电系统的研究奠定理论基础.     

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。     

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.     

考虑电压支撑的新能源发电网的外网等值建模

提出了一种考虑电压支撑作用的外部电网等值建模方法.首先由电力系统综合分析程序(PSASP)的多重故障仿真计算外网所有边界节点的短路信息,得到电流源支路形式的外网等值模型,该模型忽略了内网运行,因而边界节点电压存在一定误差.在将该模型转化为基于戴维南支路的阻抗型外网模型后,提出了一种在边界节点的等值功率注入支路中进行以实际电网稳态电压为期望值的等值电势修正的方法,所获修正后的外网等值模型基于边界节点信息,能准确反映外部电网对内网的电压支撑作用.最后以宁夏局部新能源发电网为例,分别在长链型和环型两种内网结构下对外网建模,仿真验证了所提外网等值建模方法的正确性和有效性.     

采用卡尔曼滤波算法的模块化多电平换流器电容值在线估计方法

为预防模块化多电平换流器中子模块电容器老化失效而引发系统安全问题,提出一种模块化多电平换流器子模块电容器电容值在线估计方法.首先,采用卡尔曼滤波滤除传感器采集桥臂信息存在的测量噪声;然后,利用传感器监测桥臂电流和子模块电压信息并对其进行离散化处理,建立电容、电压及电流的数学模型,实时估计子模块电容值的情况;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建8电平系统进行仿真验证.结果表明,所提出的方法稳态时估计误差在1%以内,能够实现在线估计,有利于预测性防护,提高系统的可靠性.