可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略

低频输电作为一种新型输电技术，在海上风电送出、新能源场站送出等多个场景具有良好的应用前景。但在不对称故障下，故障侧功率不对称将严重影响模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter, M3C)的电容电压均衡，对低频输电系统安全稳定运行产生不利影响。为此，提出了一种可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略。首先，介绍M3C的系统结构及双αβ0数学模型，并分析不对称故障下电容电压不均衡的原因。然后，基于双αβ0数学模型针对输电线路不对称故障情况计算桥臂功率不均衡分量的表达式，通过M3C功率平衡关系引入电流补偿分量，消除桥臂功率的不均衡，并得到适用于不对称故障的环流控制目标，进而通过环流控制实现故障下M3C电容电压的均衡。最后，搭建基于M3C的低频输电系统仿真模型验证所提控制方案的可行性和有效性。     

基于M3C的低频输电系统不对称故障穿越控制策略

低频输电技术兼具高压交流及高压直流输电技术的优势,具有良好的发展前景。但当系统发生不对称故障时,子换流器间电容电压均衡被破坏,影响低频输电系统的安全运行。鉴于此,提出了一种(modular multilevel matrix converter, M3C)不对称故障穿越控制策略。该方案既能在一定程度上限制短路电流,又能平衡子换流器间电容电压,有效提高M3C不对称故障穿越能力。首先介绍M3C的拓扑和工作原理,分析M3C不对称故障期间的运行特性。进而在dq坐标系下推导故障侧电压电流,计算M3C故障侧有功功率表达式并对其中的直流分量部分进行提取。通过将直流分量不均衡抑制为零的方式确定负序电流参考值,用以实现故障侧的负序控制。最后,搭建基于M3C的低频输电系统模型,通过仿真验证了所提方案的有效性和可行性。     

面向低频海上风电送出的模块化多电平矩阵变换器综合解耦控制策略EI北大核心CSCD

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)用于海上风电低频输电系统(low frequency transmission system,LFTS)是具有广阔应用前景的新方案。M3C双频功率耦合对其9个桥臂直流侧电容电压的均衡控制及故障穿越带来挑战和困难。为此,提出基于桥臂双重低频环流注入法的新型M3C综合解耦控制策略。首先,对M3C工、低频侧进行数学建模并分析其功率运行范围。基于桥臂工、低频共模和差模回路的分析及桥臂功率平衡原则,提出实现工、低频侧输入及双重低频环流注入的M3C解耦控制策略。使用开环和闭环低频环流注入两种联合控制,在实现M3C各子变流器相间功率快速均衡的同时,确保工频侧输入电流的完全正序特性。通过带延时补偿的复矢量控制器,在静止坐标系统实现9个桥臂的完全独立控制,搭建35kV/11MW海上风电系统PSCAD模型,通过稳态、动态及暂态仿真全面验证所提综合控制策略的有效性和正确性。     

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。     

适用于海上风电分频输电的模块化多电平矩阵变换器故障穿越控制策略

作为海上风电分频输电(fractional frequency transmission system,FFTS)的重要装置，模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)的故障穿越是海上风电并网安全稳定运行的重要问题之一。为研究M3C故障穿越控制，首先基于M3C双dq坐标系下的数学模型和稳态控制策略，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模拟电网发生三相对称故障的情况，分析M3C的暂态特性，并提出故障穿越策略。通过改变M3C低频侧交流电压指令，迫使风电场根据自身低电压穿越策略减少输出功率，从而降低M3C传输的有功功率；M3C工频侧采取有功平衡优先、剩余最大无功输出的控制策略以支撑网侧跌落电压；且根据系统对有功无功功率的需求分为有功无功兼顾、有功优先、无功优先3种场景的控制方案。仿真结果表明，所提策略可以根据不同的控制需求提升M3C故障穿越的能力，保证M3C各子模块电容平均电压不超过阈值，无需额外卸荷电路和通信即可实现电网故障期间的安全穿越，同时有利于维持风机持续并网运行和电网电压的恢复。     

海上风电低频输电系统低频侧不对称故障控制策略

低频海底电缆发生不对称故障时存在模块化多电平矩阵换流器(M3C)功率器件电流越限、非故障相过电压风险,严重影响海上风电低频输电系统(LFTS)的安全运行。针对上述问题,在充分发挥M3C高可控性的基础上,提出了一种适用于海底电缆不对称故障的控制策略：根据故障严重程度动态调整M3C低频侧电压,防止非故障相过电压;各子换流器通过抑制负序电流限制短路电流上升,保护功率器件免受过电流危害;计及控制策略的影响,通过建立系统故障等值模型进行故障分析。在PSCAD/EMTDC中搭建了海上风电LFTS模型,仿真结果验证了所提控制策略和故障分析方法的有效性,其能够实现低频侧不对称故障下系统的稳定运行。     

不平衡电网模块化多电平矩阵换流器的控制策略

为了减少输电线路损耗，在海上风力发电等背景下，低频交流输电系统应运而生，它通过模块化多电平矩阵换流器(modular multilevel matrix converter,M³C)直接实现从低频到工频的AC/AC变换。研究了基于M³C的AC/AC系统在发生不对称故障时的控制策略。首先分析了M³C的电路结构和工作原理，然后针对系统故障不对称的情况，对电压电流进行正负序分离，再基于M³C系统双αβ0变换的数学模型与输入侧、输出侧系统的无源性，推导出输入侧和输出侧的无源控制规律，且通过调节循环电流实现桥臂电容电压控制。最后在仿真实验平台上，在两种不同工况下对所提的不平衡电网下M³C的两侧无源控制策略进行实验，仿真实验结果表明了所提的M³C无源控制策略的正确性和有效性。     

双端柔性低频输电系统无扰动并网控制策略

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的低频输电系统(LFTS)在海上风电送出、城市电网及远距离输电相关领域应用潜力巨大。为研究LFTS启动过程及相关控制策略,实现M3C在无电压电流冲击状态下将换流站连接到低频输电线路,文中提出一种无扰动并网的启动方法。首先,分析LFTS结构及工作原理。然后,以双端LFTS为对象,分析M3C子模块选取原则以及充电过程。利用电容处于额定电压时闭锁M3C不与低频电网交换功率的特性,通过灵活控制M3C以及合理设计启动逻辑,无须新增检同期装置及控制算法,可解决LFTS启动时易出现的过压过流问题。最后,搭建实时数字仿真系统(RTDS)进行验证,仿真结果表明了所提控制策略的正确性,各换流站连接到低频输电线路时无电压电流冲击,工程应用前景较好。     

基于模块化多电平变换器的单相低频输电方法

基于全桥模块的模块化多电平变换器(FMMC)提出了一种单相低频(SLFAC)输电方法。一种拟方波波形作为低频侧电压波形的提出,不仅可以解除对低频侧输电频率的限制,实现1 Hz甚至更低频率的输电,而且可以减小低频侧功率波动和电缆的充电电流,使SLFAC的输电能力与高压直流(HVDC)输电相近。从技术经济性角度对SLFAC,HVDC及三相低频(LFAC)输电进行对比分析。提出了适用于FMMC-SLFAC的功率平衡策略,在保证系统有功平衡的前提下,实现低频侧功率波动全部由FMMC中电容吸收,不流入工频侧。推导了由低频侧功率波动引发的电容电压波动,并在电容电压波动限幅范围内,给出了低频侧电压切换时长表达式。给出了综合控制策略,通过仿真验证了FMMC-SLFAC的有效性和可行性。     

基于超级电容储能系统的不对称故障下PMSG控制策略研究

为了提高直驱型永磁同步风力发电机的低电压穿越能力,通过对其在电网电压不对称故障下产生的2倍工频分量机理进行分析,提出了一种基于超级电容储能系统的新型改进控制策略。基于功率平衡的思想,直流侧采用超级电容储能系统,并改用功率外环电流内环的控制策略,以实现不对称故障时堆积在直流侧不平衡功率的平滑控制。同时,在网侧采用双二阶广义积分器锁相环替代传统方法中的单相锁相环,实现不对称故障时正负序基波分量的精确测量。通过Matlab/Simulink仿真表明,该控制策略能有效抑制系统在不对称故障时的网侧有功和直流侧电压二倍频波动,提高系统在不对称故障下的低电压穿越能力,证明了所提出改进控制策略的有效性。     

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。     

基于矢量解耦控制的风电并网逆变器研究

三相PWM逆变器是风力发电并网系统的主要部分,开发高性能的逆变器控制策略已成为研究的重点.在对风力发电并网逆变器系统数学模型分析的基础上,对逆变器在三相同步旋转坐标系下的数学模型进行了推导与分析,提出了一种矢量解耦控制策略,对直流侧电容电压的平衡进行了分析与补偿设计,给出了矢量解耦控制算法的软件流程.实验结果表明,该控制策略能获得较好的控制性能,并能实现单位功率因数校正.该逆变器运行效率高,可靠性好.     

新型模块化多电平变流器 在电力系统无功补偿中的应用研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平电压源变流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成。随着子模块增加,其空间矢量调制算法也越来越繁杂。提出一种基于60°坐标系下MMC任意电平逆变器的空间矢量脉宽调制通用算法;并将模块化多电平变流器并联接入电力系统中实现无功补偿技术,实现了内环解耦控制和外环的子模块电容电压平衡控制,最后通过仿真结果验证了60°坐标系空间矢量脉宽调制算法和该无功补偿装置控制算法的正确性和扩展性。     

链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器（STATCOM）直流侧电容电压平衡问题,建立了链式STATCOM的单相等效数学模型,在分层控制架构的基础上,提出相邻电感均衡能量来控制其各模块直流侧电容电压平衡。上层通过前馈解耦控制实现系统总的有功和无功控制;下层采用所提出的控制方法,以电感作为中间储能单元转移电压高的直流侧电容能量来控制直流侧电压大小;最后给出了相邻电感均衡能量控制具体的实现方法。仿真与试验结果表明,方法可以有效地稳定链式STATCOM直流侧电容电压,具有精度高、速度快、控制方法简单等特点。     

多电平柔性直流输电定有功功率与频率辅助控制

对风电采用多电平柔性直流输电接入电网的控制进行了研究。首先建立了柔性直流输电系统在三相静止坐标系下的详细数学模型,然后导出了在dq0旋转坐标系下的数学模型。对于系统级控制,基于电压向量定向直接电流控制方法提出了适合于风电接入的定有功功率与频率辅助控制策略。另外,设计了定交流电压控制器以及定直流电压控制器。通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的模型和控制方法进行了验证,仿真结果表明整个系统具有良好的控制性能。     

应用于交-交变换的M3C矩阵变换器系统控制策略

模块化多电平矩阵变换器(M3C)作为一种新型拓扑具有诸多优点,但其控制变量较多、控制结构复杂。文中首先对M3C系统的工作原理进行了分析,并建立了其数学模型;在此基础之上,分析并研究了M3C系统的输出电压和电流、桥臂电流、桥臂能量均衡、桥臂子模块电容电压等电气参量的控制策略,同时给出了M3C系统交流侧电压、电流的输入、输出整体控制策略,以实现M3C的稳定运行,且具有较好的动、静态特性。最后,通过建立M3C系统结构的仿真模型及实验平台对控制方法进行仿真和实验,验证了M3C系统控制策略的可靠性及稳定性。