阈值区间双向逼近的MMC电容电压均衡策略研究

子模块电容电压均衡是模块化多电平换流器正常运行、实现新能源发电并网的重要技术指标。为实现模块化多电平换流器三相各桥臂子模块的电容电压的均衡稳定,提出了一种基于传统最近电平逼近调制算法的均压策略,即阈值区间双向逼近的模块化多电平变换器(MMC)电容电压均衡策略。通过计算子模块电容电压均值以及最大、最小值,选取合适的阈值区间,根据子模块电容电压将子模块进行分组,优先投入阈值区间内子模块,再次从低于阈值下限、高于阈值上限的分组中选择需要投入的子模块,最终逼近输出参考值。利用Matlab/Simulink仿真平台搭建模块化多电平换流器模型,利用S-function编写均压策略控制程序,实现了所提均压策略的换流器仿真。仿真结果表明,该策略具有比传统算法更好的均压效果,能够降低开关损耗;并且,在电容初始电压不同的情况下,该策略具有更快的收敛效果。因此,该结果对进一步优化模块化多电平换流器具有重要意义。     

模块化多电平逆变器的改进型PS-SPWM研究

模块化多电平换流器(MMC)具有级联型多电平换流器"模块化"的优点,输出电压中的谐波含量少,在高压直流输电中具有巨大的应用潜力。介绍MMC的数学模型和工作原理,分析传统载波移相调制策略,针对其存在的缺点提出一种改进型载波移相PS-SPWM调制算法,即载波三角波移相-开关频率优化PWM法(PS-SFO-PWM),并与载波移相SPWM调制算法进行比较;针对MMC中特有的三相之间的环流问题,通过对其进行PI调节,使环流抑制在一定的范围内,利于功率的有效传输。最后,在Matlab/Simulink7.0环境下搭建了基于载波三角波移相-开关频率优化PWM法的5电平逆变器的仿真模型,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、开关频率小等优点。     

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。本文基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于本文中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(nearest level modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。     

模块化多电平整流器的控制策略研究

针对常用的模块化多电平变换器电容电压平衡控制策略存在电容电压波动较大的问题,在分析改变子模块电容值对其电容电压影响的机理基础上,提出了一种复合电容电压平衡控制策略。该策略将修改调制波的控制策略与改变子模块电容值的控制策略相结合,以控制电容电压的平衡;采用CPS-SPWM对模块化多电平变换器进行调制,将输入到PWM整流器的有功和无功电流通过精确反馈线性化解耦,实现对整流功率因数和整流后直流电压的灵活控制。Matlab仿真结果表明,该控制策略有效地减少了电容电压的波动,达到了预期的效果。     

MMC型换流器电容电压波动抑制方法研究北大核心CSCD

为了解决模块化多电平换流器(MMC)电容电压波动导致的换流器成本与体积增加等问题,提出了一种电容电压二倍频纹波抑制方法。首先从能量脉动角度推导了电容电压波动的数学模型,比较了不同二倍频环流对MMC电容电压波动抑制效果的影响;然后采用Clark变换将桥臂共模电压分解为αβ轴分量,利用准比例谐振控制器生成桥臂环流参考值,设计内环控制器对外环控制器生成的桥臂环流参考值进行跟踪,从而抑制子模块电容电压波动;最后在MATLAB/Simulink仿真系统上对所提控制策略进行仿真验证,通过对比传统环流抑制策略与所提控制策略对电容电压波动的抑制效果,证明了所提方法可有效抑制电容电压波动,改善输出电压的波形质量。     

一种MMC型VSC-HVDC系统预充电的控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型的电压源换流器拓扑,很适合于柔性直流输电(Voltage Source Converter Topology Applied in Voltage Source Converter-high Voltage Direct Current,VSC-HVDC)场合。在系统正常运行之前,MMC中的电容需进行预充电操作,以建立额定的电容电压和直流母线电压。首先介绍了传统启动方式存在的缺陷,为弥补这些不足,结合MMC启动时的数学模型,在详细分析换流器电容预充电动态过程的基础上,采用载波移相(Carrier Phase Shifted Modulation,CPSM)策略提出了一种适用于MMC可控阶段的新型启动方法。设计了电容电压参考值给定方式、内环电流控制以及外环电压控制,该预充电策略在限制过电流和避免过电压的同时,兼顾启动的速度和效率,提高了柔性直流输电系统启动的快速性和可靠性。由在Matlab/Simulink中所构建模型的仿真结果可以看出,所提出的控制策略正确、有效。     

MMC电容电压排序优化算法研究

根据模块化多电平换流器的运行原理,研究了传统电容电压排序算法导致器件开关频率增大的根本原因;为降低器件的开关频率,提高系统运行效率,提出了一种电容电压排序优化算法。该算法对传统排序算法进行了优化改进,给定3个电压参考值,将已投入的子模块电容电压值与参考值进行比较,判断是否继续保持投入状态。在Matlab中搭建了每相60个子模块的MMC电容电压排序优化算法仿真模型,仿真结果表明,该算法能显著降低功率器件的开关频率,减小换流器的功率耗损。     

基于双组双调制波的PWM方法

中点电位平衡问题是二极管箝位型三电平逆变器固有的问题。本文研究了一种能够消除中点电位低频波动的PWM调制方法的性能。该方法是通过对调制波进行分解并注入两组大小相等方向相反的零序分量,在增加载波边界值降低调制产生的开关频率的同时,依据产生的两组大小相等方向相反的平均中点电流对中点电位进行调控。本文对逆变器直流侧初始电容电压不同的情况进行了分析及研究,同时对该调制策略下的逆变器低频电压特性进行了仿真研究。仿真结果验证了该调制方法的优越性。     

三电平逆变器主电路及调制策略研究

三电平逆变器作为多电平逆变器的一种,在高压大功率场合获得了较为广泛的应用.研究和分析了三电平逆变器主电路的原理和调制策略,并在Matlab/Simulink下进行了仿真分析.     

MMC的优化开关频率法研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)不仅没有类似箝位型多电平换流器直流母线之间的直流电容器组,还具有级联型换流器"模块化"的优点,因此模块化多电平换流器在高压直流输电中具有广阔的应用前景。本文介绍了MMC的数学模型和工作原理,提出了一种优化载波移相SPWM,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于开关频率优化PWM法的MMC仿真系统,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、等效开关损耗小等优点。     

逐级独立优化的MMC模型预测控制

模型预测控制(MPC)方法应用于模块化多电平换流器(MMC)系统时存在计算负担大、配置加权因子困难等难题。在分析MMC离散数学模型的基础上,利用系统输出电平作为控制项,提出了简化有限控制集的无加权因子的逐级独立优化模型预测控制策略。通过设计独立目标函数来逐级实现交流输出跟踪以及环流抑制的控制目标,并在环流抑制环节中引入误差补偿模块以抵偿桥臂误差电压。此外,提出的基于BFPRT算法的子模块电容电压均衡策略能够在保证电容电压控制精度的同时,避免在每个控制周期对桥臂子模块电压进行完全排序,从而提高了系统运行速度。最后MATLAB/Simulink仿真结果和MMC样机实验结果均验证了所提方法的可行性、有效性以及出色的计算效率。     

基于三相桥式逆变电路的恒频调制技术对比分析

为了验证逆变电路中不同调制技术的输出特性,基于三相桥式逆变电路,对几种恒频调制技术进行对比分析。针对基本三相桥式逆变电路和三相桥式MMC(Modular Multilevel Converter)电路,采用PWM、SVPWM、载波移相、载波层叠及最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)等恒频调制技术对其进行控制,搭建Matlab/Simulink仿真,仿真分析不同调制方法下输出线电压波形,对直流电压利用率、总谐波畸变率(Total Harmonics Distortion,THD)和功率损耗进行分析比较。仿真结果表明,当拓扑为基本三相桥式逆变电路时,除NLM外,各调制方法均能满足电能质量国家标准THD规定,但直流电压利用率相差较大;当拓扑为三相桥式MMC电路时,分别采用载波移相、载波层叠及NLM实现了七电平MMC的调制。     

Asymptotic rejection of sinusoidal disturbances based voltage balance control in back‐to‐back power converters

This paper addresses the imbalance problem of the dc‐link capacitor voltages in the three‐level diode‐clamped back‐to‐back power converter. In order to cope with it, a mathematical analysis of the capacitor voltage difference dynamics, based on a continuous model of the converter, is first carried out. It leads to an approximated model that contains explicitly several sinusoidal functions of time. In view of this result, the voltage imbalance phenomenon can be addressed as an output regulation problem, considering the sinusoidal functions of time as exogenous disturbances. Thus, a novel approach to deal with the mentioned problem in the back‐to‐back converter is presented. Then, the particular features of the disturbances are used to design several controllers. They all follow an asymptotic disturbance rejection approach. In this way, the estimates of the disturbances are used to apply a control law that cancels them while regulating the capacitor voltage balance as well. Finally, the performance of the proposed control laws is evaluated, presenting the simulation results obtained when the different controllers are implemented. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

矿用本安电源开关变换器滤波电容消解方案

针对矿用本安电源因开关变换器滤波电容较大而导致输出电压纹波较大、本安性能较差等问题,提出采用有源电容技术消解本安电源开关变换器滤波电容的方案,对有源电容的工作原理、控制策略和数学模型进行了分析.有源电容技术通过控制内部全桥变换器,将直流母线瞬时功率差转移给非直流母线电容进行能量平衡,从而实现直流母线滤波电容容量消解.以基于Buck变换器的电源为例,介绍了有源电容技术在矿用本安电源中的应用,并通过仿真和试验验证了采用有源电容技术可以较小的电容达到输出本安要求.     

基于ELM优化PI+重复控制策略在APF中的应用研究

针对传统有源电力滤波器(APF)难以适应非线性负载高电压大功率电网环境且PI参数调整缓慢的问题,基于模块化多电平换流器(MMC)的APF结构,提出一种采用极限学习机(ELM)优化电流内环PI+重复控制策略。构建基于5电平MMC拓扑结构的APF仿真模型及实验平台。仿真研究结果表明,优化后的控制策略所得负载电流THD较传统PI控制减少4.99个百分点,较PI+重复控制减少3.12个百分点。实验结果表明,补偿后的电流谐波含量较补偿前降低22.77个百分点,优化后的控制策略大大提高了系统的响应速度及补偿精度。     

New improved two-phase interleaved converter with clamp circuit and diode capacitor cell

This paper introduces a new improved two-phase DC–DC interleaved converter with clamp circuit and diode capacitor cell with coupled inductor for DC micro grid. The key focus of this research is to amend voltage gain and to cut down the stress of the switches. The diode capacitor arrangement with coupled inductor used to attain twice the voltage gain. The capacitors are connected end to end at the output to dismiss the voltage ripple. The gain of the modified converter is improved by secondary winding of coupled inductor. The leakage energy of the inductance is recycled and voltage spikes of power switches during turn off operation are suppressed by clamp circuit. The theoretical analysis of the modified converter is verified through simulation. A prototype of 150 W is constructed to demonstrate the efficient operation of the converter.     

一种采用多绕组中频变压器的三相多电平变流器

针对传统多电平变流器存在电容电压不平衡或提供直流电源的移相变压器体积大、成本高的问题,提出了一种基于级联H桥和多绕组中频变压器的三相多电平变流器;介绍了该变流器的电路结构和工作原理,详细分析了该变流器的控制方式。仿真结果表明,该变流器具有稳定的静态特性、良好的动态特性,且电流谐波含量低。     

矿用级联型高压变频器母线电容控制策略

针对H桥逆变器级联型高压变频器母线电容体积大的问题,提出了一种在基波调制信号中注入三次谐波以减小母线电容容量的控制策略。在总调制比不变的情况下,三次谐波注入等价于将母线电容电流的低次谐波部分转化为高次谐波,从而减小了母线电压纹波。推导了母线电容电流谐波含量与三次谐波注入量的关系,并给出了不同功率因数下三次谐波最大注入量的表达式。Matlab/Simulink仿真结果表明,在功率因数为0.85的典型负载下,采用本文控制策略可将母线电容容量降低24.2%,验证了该控制策略的可行性和有效性。