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。     

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.     

模块化多电平换流器的新型桥臂故障容错控制方法

模块化多电平换流器（MMC）被广泛应用于中高功率的输配电场景中，相比传统换流器，MMC可以在桥臂故障的情况下保持容错运行，提高了供电可靠性.尽管已经有相当多的关于MMC的容错运行控制方面的研究，但当三相MMC的一个桥臂发生严重故障而必须被旁路时，其控制方法还没有相关研究.为了解决这个问题，提出了一种新型桥臂故障容错控制方法，该方法通过对桥臂环流的直流分量和交流分量进行调节，实现了对除发生严重故障而被旁路桥臂以外的上下桥臂电容电压的独立控制.通过使用MATLAB/SIMULINK对连接到低压电网的三相MMC进行仿真，证实了所提出的容错方法的可行性和有效性.     

MMC-HVDC的环流抑制和并网控制策略

为了使得柔性直流输电MMC-HVDC更加稳定地接入电网,并且有效地抑制其桥臂环流,提出了一种改进型的控制策略.首先,实时监测上、下桥臂电流以及子模块电容电压;通过计算得到环流抑制分量以及子模块电容电压平衡分量,将两者叠加到MMC的调制波中,从而有效地抑制桥臂二次环流分量,同时也降低了系统的开关损耗.然后,利用并网控制策略,独立地控制系统的整流侧和逆变侧的电力潮流,保证直流母线电压在负荷改变时保持恒定,实现了子模块电容电压的动态平衡.最后,搭建MMC-HVDC系统的仿真模型,仿真结果表明,桥臂环流被有效地抑制,直流母线电压保持恒定.同时,搭建了五电平实验样机,实验结果也有效地证明了控制策略的正确性.     

基于离散模型的MMC环流抑制控制器的设计

模块化多电平换流器内部三相环流直接影响MMC的运行特性和系统损耗,为了抑制MMC的内部三相环流,本设计在MMC内部连续数学模型的基础上,采用二倍频负序坐标变换将换流器内部的三相环流分解为d-q旋转坐标系下的直流分量,利用欧拉近似公式建立了MMC内部离散数学模型;在此基础上设计了由坐标变换、离散调节器及反坐标变换环节构成的环流抑制控制器,得到内部环流压降,协同载波移相调制策略,有效抑制了MMC的二倍频环流,减少了桥臂电流的畸变程度,使其逼近正弦波,同时还降低了子模块电容电压的波动幅度;在PSCAD/EMTDC环境下搭建了21电平MMC-HVDC仿真模型,仿真结果表明:本设计中的控制器在不改变MMC外部特性的前提下使二倍频环流的幅值降低了84.27%,能有效抑制MMC内部的二倍频环流,有利于MMC的稳定运行,便于工程实际应用。     

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。     

电压三相不平衡时MMC型固态变压器的联合控制

针对网侧电压三相不平衡时电流负序分量使电流迅速增加进而危及系统安全的问题，提出电压三相不平衡时模块化多电平换流器(modular multilevel converter,简称MMC)型固态变压器的联合控制策略.在对电流正负序分量进行双序控制的基础上，设计了环流抑制器.仿真实验结果表明该联合策略具有有效性.     

基于模型预测方法的MMC环流抑制策略

为了抑制模块化多电平换流器(MMC)的相间环流,提出一种基于模型预测(MPC)方法的环流抑制策略.该方法在传统系统控制的基础上,结合最近电平逼近调制,通过检测环流方向,利用模型预测实现模块数的实时更新,从而达到定量抑制二倍频环流的目的.和传统环流抑制策略相比,该方法不必考虑环流频率特性,同时省去了复杂的参数设计,实现简单,更适用于MMC模块数较多的工程实际情况.在PSCAD中对上述控制策略进行了仿真验证,结果表明:所提策略可以定量抑制MMC相间环流,从而有效减少桥臂电流畸变和子模块电压波动.     

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...     

基于最优环流的MMC直流侧功率稳定控制策略研究

在基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)中,交流侧网压不平衡会引起MMC直流侧功率振荡,不利于系统的稳定运行,为此,提出一种基于最优环流的直流侧功率稳定控制策略.首先,依据拉格朗日乘数法,以环流为变量,建立起以桥臂能量和直流侧功率为硬性约束条件的拉格朗日方程;其次,通过求解该方程,直接在abc坐标...     

基于MMC的PR环流抑制器优化设计

模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)各桥臂之间存在一定的环流,直接影响系统的稳定性.为了抑制环流,根据环流中二倍频分量特性,首先建立两相旋转坐标系下MMC的环流数学模型,然后设计能够抑制环流的比例谐振控制器(PR controller),并在此基础上增加桥臂电流反馈环节.最终,在PSCAD/EMTDC环境下搭建21电平MMC系统仿真模型,仿真结果表明,优化了PR控制器的性能,提高了系统的稳定性和环流快速抑制能力.     

模块化多电平换流器优化模型预测控制策略

为了保证MMC-HVDC系统的安全稳定运行,针对网压不对称工况下模块化多电平换流器出现的内部能量分布不均以及波动增加等问题,提出基于能量分析的模块化多电平换流器优化模型预测控制策略。通过对网压不对称工况下换流器内部能量进行分析,采用一种优化的模型预测控制,针对交流侧相电流、MMC内部环流、子模块电容电压设计3个独立的控制阶段,避免权重选取。最后,通过MATLAB/SIMULINK软件进行仿真验证。研究结果表明:所提出的控制策略在有效控制MMC外部特性的同时,能实现MMC内部能量控制。     

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.     

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.     

两桥臂交叉解耦不平衡控制策略研究

由于非不平衡控制策略中没有考虑线电压和相电流的相角差,造成三相电网的有功、无功电流无法完全补偿。为了解决这一问题,根据电压电流相角差,推导出单相补偿器中无功参考补偿电流与负载电流的关系,提出一种两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,利用多变量滤波器和交叉解耦双复系数滤波器优化锁相环,精确锁定三相不平衡电网的电压频率和相位,对2个单相背靠背变换器的无功电流分别控制,进而利用两桥臂变换器补偿三相不平衡无功。实验结果验证了所提两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,可抑制三相有功不平衡及补偿三相不平衡无功,将三相电流的不平衡度从150.0%降低至2.6%,三相电网功率因数从0.257提升至0.997,减少了三相无功补偿器的开关管个数。     

具备阻断直流侧故障电流模块化的多电平换流器应用研究

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半桥子模块和箝位双子模块串联组成,降低稳态运行损耗和元器件使用数量;阐述该新型拓扑的基本参数选取原则及上、下2组子模块的协调投切过程;针对新型MMC拓扑,采用相应的模型预测控制策略。最后,通过实验进行验证。研究结果表明:新型拓扑不仅具备阻断直流侧故障电流能力,而且在子模块数量相同时,输出电平数增多,交流电压输出波形更接近正弦波。     

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。     

海上风电传输中MMC的模型预测控制

针对海上风电柔性直流输电系统(HVDC)中模块化多电平换流器(MMC)的循环电流抑制及MMC中子模块电容电压平衡问题,提出一种模型预测控制(MPC)策略。该方法根据系统的离散时间数学模型,开发对应的预测控制方式,将每个MMC单元中最佳的开关状态问题转化为求目标函数的最优化问题,以抑制环流,并实现MMC单元的电容电压平衡。最后利用MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,研究结果表明:该模型预测控制策略是有效的和可行的,且实现原理简单,适用于海上风电传输的MMC-HVDC系统。     

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.