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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

考虑子模块电容电压离散度阈值的MMC改进均压策略

针对目前模块化多电平变换器(MMC)采用基于完全排序的各类均压策略导致各相单元子模块电容电压离散度大且功率开关管频繁投切的问题,提出一种引入投切保持系数的子模块电容电压离散度阈值均压策略。在Matlab/Simulink中搭建了桥臂单元子模块个数为20,相单元交流输出为21电平的三相MMC仿真模型。相同运行环境下,将基于离散度阈值与最大偏差量的均压策略进行对比分析,结果表明,本文所提均压策略在保证MMC系统稳定运行的前提下,可有效减小各子模块电容电压离散度与功率开关管的开关次数,降低系统损耗,提高MMC的电能转换效率。     

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。     

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。     

模块化多电平功率变换器建模与控制

子模块均压控制是保证系统正常运行的前提,而模块化多电平变换器(MMC,modular multilevel converter)工作时各子模块电容电压不能时刻保持均衡.为了解决此问题,文中采用载波移相的调制策略以及冒泡排序算法对MMC子模块电容电压进行有效控制,使其达到均衡.最后通过MATLAB搭建了MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.     

适用于大规模风电场的MMC-HVDC控制策略研究

风电场柔性直流并网是大规模风力发电的关键问题之一,而模块化多电平换流器(MMC)是风电场柔性直流并网的发展趋势。本文提出一种适用于大型风电场的MMC-HVDC控制策略,通过建立MMC数学模型,将分层控制思想引入到MMC-HVDC控制中,具体划分为系统级控制、换流器控制及模块电压控制3个层次;此外,为了进一步增强系统侧MMC的动态性能,采用反馈线性化方法设计内环电流控制器,提出一种改进的分组式电容电压排序方法,以平衡直流电容电压。基于实际系统的仿真研究验证了本文提出的MMC-HVDC控制策略的正确性与可行性。     

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.     

一种改进的MMC电容电压均衡控制方法

电容电压排序法是一种简单有效的MMC电容电压均衡方法,传统的排序算法会导致子模块反复投切,造成器件开关频率过高,增加了MMC的运行损耗.为此提出了一种改进的方法,即由允许的电容电压偏差大小和桥臂电流计算出维持子模块电压均衡所需的最小排序频率,并将排序频率控制在该最小值处,减少了不必要的子模块投切次数,从而在较低的开关频率下维持各子模块电压的均衡.在Simulink中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的两种方法进行对比,仿真结果表明:改进的排序法能够有效降低开关频率,降幅可达70%.     

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.     

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。     

柔性直流输电用子模块电容器电容值在线获取方法

针对柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)子模块电容器常常会老化失效,威胁系统安全的问题,以监测MMC子模块电容器状态为目标,提出了一种采用自适应滤波器的柔性直流输电用子模块电容器电容值的在线获取方法。首先,利用实时反馈到控制系统的子模块电压和桥臂电流信息,基于离散化处理后的电容器电压、电流以及电容值的关系,实时计算得到电容器电容值;然后,引入自适应滤波技术滤除计算结果的噪声,得到最终电容值的计算结果。利用Simulink仿真平台和阀段试验平台实测数据对所提计算方法进行了验证。验证结果表明,最终的电容值计算结果始终稳定在真值附近,当电压电流测量的不确定度小于1%时,可以保证计算结果误差小于0.5%,能够满足子模块电容器状态监测的需求。     

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。     

模块化多电平变流器的STATCOM电容电压改进平衡控制研究

模块化多电平变流器(MMC)子模块电容电压的平衡与否严重影响STATCOM对电网无功的补偿效果。文中针对传统PI控制器无法抑制环流对均压效果的影响,根据能量均分原则和电压均衡原则,使用PIR控制器对环流实现无静差调节。首先通过平衡控制器产生对应于每个子模块的参考电压,并结合载波移相调制策略(CPS-SPWM)来修正MMC每个子模块开关器件的调制波,确保各子模块的电容电压维持在一个较小的动态波动范围内,最终使STATCOM对系统具有较好的无功补偿效果。最后,运用MATLAB/SIMULINK仿真软件验证了所提策略具有较好的均压效果。