柔性直流输电系统的交流谐波特性分析

交流谐波特性是柔性直流输电系统设计计算的一项重要内容,在主回路选择和参数设计方面使其满足电网电磁兼容水平。文章针对基于MMC(Modular multilevel converter模块化多电平拓扑结构)的柔性直流输电系统,分别对最近电平逼近调制策略和载波移相调制策略分析了MMC换流器的交流谐波分布规律,建立了柔性直流输电接入对交流电网谐波特性影响的分析计算方法,并给出了谐波特性和调制策略、电平数目和开关频率等之间的关系。     

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。     

模块化多电平换流器电磁暂态建模研究

模块化多电平换流器的桥臂由数百个子模块串联而成,因而换流器中包含大量的开关器件.开关器件过多造成仿真工作量大、仿真速度慢等问题.基于模块化多电平换流器的戴维南等效建模方法,推导元件的等值计算模型,改进元件等值计算中的历史电压源递推公式,省略了元件的历史电压源计算过程中支路电压的中间计算,提高仿真速度.基于改进后的公式重新构建模块化多电平换流器电磁暂态仿真模型,在PSCAD/EMTDC软件中搭建双端MMC-HVDC系统,对比两个系统的仿真结果,验证了建模方法的精确度和快速性.     

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.     

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。     

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。     

模块化多电平拓扑结构在统一潮流控制器中的应用

本文分析了一种采用模块化多电平技术的潮流控制器（MMC-UPFC）的拓扑结构,指出该拓扑具有可靠性好、模块化程度高、容量拓展灵活等特点。同时分析了MMC运行特征,并将模块电容均压与脉宽调制技术相结合,提出了一种即能实时保持模块电容均压又可极大减少开关动作次数的脉宽调制策略。本文最后通过仿真,验证了上述控制策略的正确性。     

改进型基本梯级多电平逆变器

根据基本梯级逆变器提出了一种改进的多电平逆变器电路拓扑,讨论了对其进行谐波消除和幅值控制的方法.该拓扑结构用n个独立电源,2n 4个开关器件可产生2n 1个电平电压;并保留了多电平逆变器开关频率低、效率高等优点,所用器件较少,克服了基本梯级逆变器存在的感性负载时输出电压产生畸变、各独立电源输出功率不均衡等缺点.该逆变器拓扑适合于可再生能源发电的场合.改进前后的拓扑结构在不同负载下的仿真结果表明,该拓扑结构具有可行性.     

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.     

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。     

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.     

模块组合型多电平变换器的控制策略

对模块组合型多电平变换器(MMC)的脉冲调制策略和电压控制策略进行了理论分析和实验研究,建立了MMC系统的数学模型,在此基础上提出一种适用于MMC特点的载波移相SPWM控制策略和电压控制策略,无需额外的硬件电路,即可实现对MMC功率单元直流电容电压良好的稳压和均衡控制效果.通过一台三电平MMC实验样机的实验结果,分析了其稳态和静态工作特性,验证了控制策略的有效性.     

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。     

基于载波移相调制的MMC控制策略研究及仿真

为研究模块化多电平换流器(MMC)的控制策略,首先介绍了MMC的拓扑结构及其基本工作原理,在对比其他调制策略的基础上,综合考虑该新型换流器的结构特点以及需要实现的电平数,选取了载波移相正弦脉宽调制策略(carrier phase-shifted PWM,CPS-PWM);接着根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,针对载波移相调制策略,选择了一种子模块电容均压策略,以确保子模块电压稳定在同一水平;最后通过仿真结果验证所设计的控制策略的有效性。     

多电平矩阵变换器系统的数学模型

多电平矩阵变换器（MMC）是在多电平逆变器和传统矩阵变换器（CMC）的基础上发展的一种新颖电力电子变换器.笔者介绍其拓扑电路,采用基于空间矢量调制策略,以电容电压、输入侧电流和输出侧电流为状态变量,建立了由供给电源、输入电感、多电平矩阵变换器和阻感性负载组成的系统的状态平均模型,为设计其控制器及深入研究提供参考.     

多电平逆变器的通用空间矢量调制算法

为解决多电平逆变器的空间矢量调制(SVM)算法设计及实现的复杂性问题,提出了基于参考电压分解和零序电压等效的新型多电平SVM算法。参考电压分解的方法将任何电平数目的开关矢量选择问题都简化成二电平SVM算法来解决;基于零序电压等效的SVM波形控制方法简化了开关状态的选择问题,并使其与逆变器性能优化控制问题得到有机结合。所提的多电平SVM算法设计简单并且占用计算时间少,同时算法设计不依赖于电平数目,所以具有通用性。所提算法适用于任何电平数目的逆变器的空间矢量调制,并通过在数字信号处理器(DSP)上的实现结果及具体应用实例的仿真结果得到验证。     

用特征网络优化多电平逆变器开关频率的方法

将常规的空间矢量坐标旋转45°,在新坐标平面中研究多电平逆变器的空间矢量调制技术,分析了基本矢量跟踪参考矢量的特征网络、特征四边形的基本切换.基于特征四边形的封闭性和特征四边形之间的切换关系,选择遍历特征网络各个扇区每个顶点的基本切换,实现多电平逆变器开关的空间矢量调制,得到最少的开关切换次数.以2级5电平逆变器为研究对象,根据参考电压的变化,将特征网络分成2种类型,对开关切换次数进行了估算.结果表明,开关切换次数的估算值与仿真结果非常接近,仅为同相层叠正弦调制算法开关切换次数的38%,仿真输出电压波形能很好地逼近参考电压.     

H桥级联型整流器电容电压平衡控制策略

针对H桥级联型整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)的电容电压平衡问题,在建立CHBR数学模型的基础上,研究了一种基于PI控制的直流侧电容电压平衡控制策略,采用载波移相调制策略(carrier phase-shifted SPWM,CPS-SPWM),理论推导出调制比与有功功率之间的关系,得出该电容电压平衡控制的均压范围。搭建了三模块CHBR的仿真模型和试验样机,试验结果验证了该算法具有较好的均压能力。     

一种改进均压算法的MMC复合调制策略

针对最近电平调制策略在电压等级不高且电平数目较少情况下产生的阶梯波在逼近正弦调制波时存在较大拟合误差的问题,提出了一种复合调制策略;首先采集NLM产生的阶梯波与调制信号之间的误差作为阶梯调制信号;然后结合载波调制原理,将阶梯调制信号与幅值相等、相位依次偏移的三角载波信号比较,基于面积等效原理产生一组PWM脉宽调制信号;最后将其与阶梯波信号叠加,最终形成驱动信号;同时改进了传统均压算法来降低系统的开关频率;通过Simulink中搭建的MMC仿真验证,复合调制下既保证了输出电压波形质量,也降低了系统开关损耗和电流总畸变率,而且改进的均压算法对子模块电容电压波动情况能够有效抑制,提高了MMC系统转化效率。