模块化多电平换流器型高压直流输电综述

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）型直流输电采用模块化结构,是新一代直流输电技术,发展非常迅速。将MMC-HVDC和传统直流、VSC-HVDC进行了比较,说明了其优越的性能;对MMC从拓扑结构、工作原理作了全面分析并重点研究了MMC的技术特点和关键技术,对比分析了不同控制策略的优势与不足以及分别的适用场合;通过介绍MMC-HVDC的国内外研究现状及工程应用,表明模块化多电平换流器型直流输电应用前景广泛,是未来直流输电的一个重要发展方向。     

基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术

介绍了基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术的基本原理,推导了系统主电路的电压电流关系,并给出了仿真验证;介绍了模块化多电平变流器的控制方式,给出了一种MMC的控制结构;介绍了世界范围内柔性直流输电工程的应用情况,以及上海南汇柔性直流输电示范工程的工程概况、系统运行方式及控制策略,并讨论了用于南汇工程的直接电流控制的原理图和控制系统结构。     

模块化多电平变流器稳态和暂态性能仿真研究

在应用内含子模块电容电压均衡控制的最近电平调制方式基础上,建立了电网平衡或不平衡运行状态下应用模块化多电平变流器的高压直流输电系统数学模型,设计了同步旋转坐标系下双内环直接电流控制方法.通过PSCAD/EMTDC搭建了21电平双端直流输电系统,仿真结果显示系统具有良好的稳态和暂态性能,同时也验证了调制策略和控制方法的有效性.     

海上风电柔性直流输电变流器研究

简要分析海上风电柔性直流输电技术应用及变流器关键技术特点,设计基于柔性高压直流（HVDC）输电的风力发电机集中控制并网变流器主电路拓扑结构,基于电流峰值控制的三电平直流升压变换器双梯形波补偿方法,并利用滞环宽度可调的滞环比较器进行电流跟踪控制。仿真研究表明,该方法具有变流器功率管开关频率固定、减少开关应力及开关损耗、提高传输效率的特点,有助于减少开关器件电压应力和电抗器电流脉动值,提高系统运行的稳定性和可靠性。     

基于多目标递阶模型预测理论的MMC能量协同控制研究

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统（MMC-HVDC）具有广阔的发展前景,针对常规控制方法在不平衡网压下存在控制复杂且换流器内部能量难以控制等缺陷,提出基于多目标递阶模型预测理论的模块化多电平换流器（MMC）能量协同控制策略。该方法通过优化控制各桥臂的各电流分量来调节MMC功率分布,实现交流侧三相电流与换流器内部能量平衡的协同控制;为简化控制复杂度、降低控制计算量,对传统模型预测控制进行优化,建立相应的预测模型和目标函数,并将控制目标划分为内部和外部特性的分层控制,利用外部特性控制的最优解及内部特性分析结果,优化内部特性控制的寻优范围。最后,通过仿真和实验的结果验证所提出的控制策略能更快实现正常及交流侧不平衡工况下的换流器安全稳定运行。     

MMC-HVDC启动控制策略研究综述

在基于模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容预充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。首先分析了MMC的拓扑结构,工作原理和数学模型。然后重点阐述了MMC-HVDC系统的预充电过程,限流电阻的选取原则,单站和双站预充电策略并对其进行总结分析,以此为基础指出了今后关于MMC-HVDC启动控制方面的研究趋势和方向。     

电网电压不平衡时MMC的特性分析

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是目前柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)中最具优势的电压源换流器拓扑。然而,实际系统中由于故障等原因会造成电网电压的不平衡。本文重点分析电网电压不平衡对MMC-HVDC的影响,并采用PR控制器实现对正、负序电流的统一控制。最后,通过仿真验证理论分析的正确性。     

MMC-HVDC谐波特性分析

为分析以模块化多电平换流器为主要工作元件的高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传变特性,基于模块化多电平换流器(MMC)工作原理,利用开关函数法并引入谐波调制比概念,从理论上分析了MMCHVDC的传变特性,并通过仿真分析验证了理论的正确性。结果表明,整流侧交流系统注入h次正序谐波时,在直流侧会生成h-1次零序谐波,在逆变侧交流系统会生成h次正序谐波和h-2次负序谐波;整流侧交流系统注入h次负序谐波时,在直流侧会生成h+1次零序谐波,在逆变侧会生成h+2次正序谐波和h次负序谐波。     

基于LCC-MMC混合双极直流输电系统的新能源并网控制策略研究

研究了基于电网换相变流器(LCC)和模块化多电平变流器(MMC)的混合双极直流输电系统应用于新能源并网场景的控制策略,该混合双极直流输电系统包括两个LCC和两个MMC,分别呈对角排布。LCC控制直流电压,MMC调节有功功率和无功功率(或系统频率和交流电压),此外,MMC还兼具有源滤波功能,用于平抑交直流侧的谐波电流。该并网系统的优势在于不需要交直流滤波器和大容量直流平波电抗器,节省了占地面积和成本,能够实现有功功率和无功功率的解耦控制,同时具备兼容新能源功率间歇性波动的能力。因此,该系统兼具传统直流和柔性直流的优点,有良好的经济性和应用前景。最后基于PSCAD/EMTDC软件平台的仿真,验证了该并网系统的可行性和对应控制策略的有效性。     

用于海上风电场直流输电的新型变换器

针对永磁直驱风力发电机变流技术的特点,并根据柔性直流输电系统的电压和功率控制要求,提出了一种新型的直流变换器。该变流器采用三电平拓扑结构、内环电流峰值控制,以及适用于三电平Boost变换器电流峰值控制的双梯形波补偿控制方法,经Matlab／Simulink仿真,研究结果证明该变流器具有功率开关电压应力小、电抗器电流脉动小,以及运行可靠、动态响应性能好等优点,适用于海上风电柔性直流输电等大功率、高电压场合。     

Study on the control strategy for a boost converter used in hybrid energy storage system of electric vehicles

升压型直流变换器采用滑模变结构控制策略存在收敛速度较慢、抖振剧烈等导致的动态响应品质差问题。本文提出一种双幂次滑模趋近滞环控制策略,在电流跟踪误差估计值的基础上定义滑模面以实现电流跟踪控制,依据系统的未知扰动和负载变化建立自适应状态观测器,结合李雅普诺夫函数设计自适应律,并计算自适应占空比。提出一种双幂次趋近律,根据系统不同趋近过程的特点制定参数选择标准,对系统的动态响应品质进行目的性调节,并设计滑模滞环控制器以削弱由符号函数项所引起的抖振。对以上方法进行了仿真验证,结果显示可有效改善系统的动态特性和电流控制鲁棒性。     

双有源桥DC-DC变换器H∞混合灵敏度控制及优化

以双有源桥DC-DC变换器（DAB）为研究对象,针对交直流微网中因可再生能源的波动性和随机性、测量误差、运行工况变化等原因所导致的参数摄动问题,提出基于差分进化算法（DE）优化的H_∞混合灵敏度鲁棒控制（H_∞-MSC）策略。通过选取合适的加权函数对系统不同频段特性进行规划,得到理想的动态性能及鲁棒性能,并针对加权函数难以选取的缺点,采用DE算法对选择过程进行优化,通过迭代寻优匹配最佳控制器参数,改进H_∞-MSC算法。最后,通过半实物实验对比例积分（PI）单移相控制算法和DE-H_∞-MSC算法进行对比分析。研究结果表明,DE-H_∞-MSC算法能有效增强DAB系统的动态性能和鲁棒性能,可提高微电网系统运行的稳定性。     

Adaptive thermal control for PEMFC systems with guaranteed performance

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) s are faced with dynamical load scenario in practical applications, and the resulting temperature variation will decrease the performance and consequently shorten the fuel cell lifetime. To address this problem, a control strategy for regulating the stack temperature is proposed in this paper. Firstly, a thermal management-oriented dynamic model of a water-cooled PEMFC system is built to facilitate the control design. Secondly, considering that the stack temperature should be maintained in a certain range regardless of the dynamical changing current demand, a Barrier Lyapunov function is employed to construct a feedback error of the stack temperature. Thirdly, a set of adaptation laws is designed to estimate the unknown parameters related to the gas flow rates in the flow fields. Particularly, a dynamic inversion tracking methodology is applied to design the non-affine input. A Lyapunov method based analysis demonstrates the stability and convergence of the closed-loop properties. Simulation results are provided to show that the proposed control strategy can satisfy all the control objectives and enhance the control performance compared to the proportional-integral controlled case.     

电网电压故障下向无源网络供电的MMC电力电子变压器的控制策略

电力电子变压器(PET)具有瞬时功率调节、谐波抑制等优点,输电线路经过PET向无源网络供电是柔性输电的一个重要应用领域.将模块化多电平变换器(MMC)技术与PET相结合,使得PET应用于高电压、大容量的输电和配电系统成为了可能.首先,本文针对MMC-PET输入级在电网故障时产生的正负序电流,推导出基于欧拉-拉格朗日(E...     

模块化多电平变流器的高频谐振分析

首先基于动态向量方法建立模块化多电平变流器（MMC）主电路的10阶状态空间模型,然后根据实际工程建立包含电压电流内环控制、功率外环控制和环流控制在内的MMC控制器状态空间模型。考虑控制环节中存在的采样和计算等延时,采用Pade近似方法对非线性延时环节进行线性化,构建计及延时的MMC换流器与弱电网连接的系统状态空间模型。基于特征值法分析状态空间模型的谐振模态,分析实际MMC-HVDC工程产生高频谐振的机理并分析控制器输入输出延时对稳定性影响关系。通过仿真算例验证该文MMC换流器状态空间模型和高频谐振机理分析的正确性。     

Dynamic output-feedback wide area damping control of HVDC transmission considering signal time-varying delay for stability enhancement of interconnected power systems

In this paper, an output-feedback-type wide area damping control (WADC) strategy is presented as a supplementary control of high-voltage direct current (HVDC) transmission to enhance thestability of large-scale interconnected power systems. This strategy can effectively suppress the varying-delay effects of wide area signal on the damping performance. A discrete-time system model that considers the varying-delay feature of wide area signal is established, then a dynamic output-feedback (DOF) type WADC is formulated by employing a new stabilization analysis method based on Lyapunov function. All the solutions of controller design problems are converted into the framework of linear matrix inequalities (LMIs). Compared to the conventional design method, the varying-delay of wide area signal is involved during each step of controller design, which is advantage to eliminate the effects of signal varying-delay on damping performance. Both the four-machine two-area test system and the sixteen-machine five-area interconnected system are used to validate the control concept and the designed controller.     

电压不平衡下无权重系数FCS-MPC的DFIG控制

针对传统多目标模型预测控制(MPC)权重系数设计复杂的问题,运用分层控制的思想,提出一种无权重系数的多目标优化模型预测控制策略.利用MPC控制算法可直接控制交流量这一优势,在两相静止坐标系下推导双馈感应发电机(DFIG)转子电流、定子电流和定子功率的参考方程和预测方程.最后进行传统多目标MPC控制策略和无权重系数多目标...     

三电平并网逆变器的改进型有限集模型预测控制

传统的基于Lyapunov定律的有限集模型预测控制（FCSMPC）在参数不匹配时,会导致其控制方法的鲁棒性较差,严重时甚至会导致系统不稳定。针对上述问题,该文从理论上详细分析了传统的基于Lyapunov定律的有限集模型预测控制的参数鲁棒性问题,并通过引入Luenberger观测器来估算由参数不匹配引起的干扰,然后将干扰补偿到基于Lyapunov定律有限集模型预测控制中,提高了控制系统的鲁棒性和稳定性。此外,该文还考虑了有限集模型预测控制中的延迟补偿问题以及低开关频率问题。利用DSP-TMS320f28377软件在三电平并网逆变器实验平台上实现了所提出的控制方案,实验证实了所提出方法的有效性。     

基于动态运行策略的太阳能分布式供能系统设计运行联合优化

提出将光伏剩余电量按照可变比例分配给储能电池及市政电网的动态运行策略,建立基于该策略的并网太阳能分布式供能系统设计运行联合优化模型,在不同分时电价下基于遗传算法对模型寻优,并将动态运行策略与对照运行策略（剩余电量优先并网或优先分配储能电池）下的系统运行结果进行比较分析。以陕西某乡村典型民居建筑为例进行分析,结果表明：1）分时电价的峰谷价差较大时,动态运行策略可有效降低太阳能分布式供能系统成本;2）分时电价的峰谷价差对于动态运行策略下储能电池的容量配置具有较大影响：峰谷价差越大,储能电池的配置容量越大;3）光伏度电补贴对3种运行策略下的系统成本影响程度为：动态运行策略>策略B（剩余电量优先分配储能电池）>策略A（剩余电量优先并网）。