电网电压不对称下模块化多电平变流器控制策略

在模块化多电平变流器(MMC)系统中,交流侧电网不对称会导致MMC交流侧三相电流非正弦,有功、无功功率出现波动,直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题.为解决这些问题,首先建立不对称电网下MMC系统的数学模型,提出了一种基于微分的正负序分离及锁相方法;其次结合抑制负序电流和瞬时有功功率两种控制目标,给出了不同控制目...     

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。     

模块化多电平变换器三相电网电压不平衡控制策略研究

模块化多电平变换器（MMC）广泛应用于高压直流输电系统中,三相电网电压不平衡时,MMC输出电流谐波含量较高,因此MMC输出有功功率、无功功率波动较大,且波动频率为2倍的基波频率。为了提高MMC工作特性,首先,分析了三相电网电压不平衡工况下,MMC在不同坐标系下的数学模型,并推导了其控制策略;其次,提出了三个控制目标,分别为抑制输出电流负序分量、抑制有功功率波动与抑制无功功率波动;最后,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,验证了控制策略的有效性。仿真结果表明：基于所提的三个控制目标,MMC输出电流的谐波含量大幅降低,工作性能得到了提升。     

电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器高压直流输电控制策略

在电网电压发生不平衡故障时,分析了模块化多电平换流器高压直流输电(MCHVDC)功率分量特性。为实现正负序电流统一控制,引入复合控制器(比例积分+准谐振控制器)作为电流内环控制,避免了同步旋转坐标系下电流序分量分解问题。研究了抑制负序电流、有功功率波动控制策略,并利用电压降落和不均衡度指标设计了对应的低压限流环节。为降低环流造成的额外损耗,在分析环流分量故障特性基础上,设计了桥臂环流抑制器。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建了仿真模型,对负序电流、有功波动抑制和环流抑制策略的有效性进行了仿真说明。     

低频率工况下模块化多电平变流器电容电压平衡控制策略

针对应用于高压变频的模块化多电平变流器(MMC)在低频率工况下会出现子模块电容电压波动较大的问题,该文对电容电压波动机理及其抑制控制方法进行了研究。首先,根据MMC的工作原理,设计载波移相调制方法;其次,从理论上分析子模块电容电压波动机理,并在此基础上提出一种适合于低频率工况的电压平衡控制策略;最后,通过仿真验证了控制策略的正确性与有效性。该控制策略可以降低各子模块开关频率,在低频率工况下对子模块电容电压波动有良好的抑制效果。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

基于模块化多电平变换器的静止同步补偿器桥臂不对称及其控制策略

在高压大容量无功补偿领域,采用模块化多电平变换器(MMC)作为静止同步补偿器(STATCOM)主电路拓扑,目前已经在工程上得到了应用。在模块化多电平变换器上、下桥臂参数不对称时,基频交流分量在上、下桥臂之间分配不均,同时桥臂电流中的直流分量和二倍频分量也会流入交流侧。建立了桥臂参数不对称MMC-STATCOM的交流侧和直流侧模型,分析了不同频率下等效电路中桥臂不对称对稳态电流的影响,提出了抑制基频共模分量及二倍频共模分量并维持上、下桥臂直流电压稳态平衡的控制策略。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

电网不平衡工况下三电平直接矩阵变换器反步滑模控制策略

三电平直接矩阵变换器(three-level direct matrix converter, TLDMC)因具有高功率密度、高效率、共模电压较小等特点,在电机驱动、分布式发电、可再生能源等领域受到广泛关注。但在电网电压不平衡工况下,TLDMC输入侧的电流畸变会影响功率因数和输出侧的电能质量,降低系统的可靠性。现有的TLDMC输入闭环控制策略不能兼顾高动态响应和强鲁棒性的要求。为此,提出适用于平衡和不平衡电网电压,且无需正负序分离的TLDMC反步滑模控制策略(back-stepping sliding-mode control, BS-SMC)。采用动态调制系数抑制不平衡工况下的有功功率2倍频波动,再通过消除Lyapunov导函数中的非线性项并引入滑模面作为虚拟误差来控制输入无功。经过理论和实验分析比较,结果表明所提方法相较于传统控制策略,响应速度和电能质量均得到提高。所提方法为矩阵变换器的输入控制策略提供了一种参考。     

模块化多电平变换器模型预测控制策略研究

模块化多电平变换器(MMC)因其具有公共直流母线的模块化拓扑结构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域。分析MMC拓扑结构,建立MMC数学模型,研究MMC运行控制规律;对MMC内部环流产生机理进行分析,推导了桥臂电流与内部环流的关系;分析了MMC模型预测控制策略。最后通过实验验证了模型预测控制策略能更有效地控制子模块电容电压平衡,减小环流幅值。     

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。     

模块化多电平矩阵变换器的平坦控制策略

模块化多电平矩阵变换器(M3C)能实现三相交流-交流的变换,其突出优势是易于模块化、可靠性高、谐波含量低等,可用于高压大容量变频调速系统。针对传统PI控制稳定速度慢、易产生超调、动态性能差等缺陷,基于微分平坦理论推导出适用于M3C的非线性平坦控制策略,并通过李雅普诺夫方法证明了平坦控制系统的稳定性。平坦控制具有响应快速、无超调、跟踪无静差、动态性能高等优点,能极大地改善M3C输入、输出侧电流的控制效果,且在输入侧频率、输出侧负载变化等运行工况下,平坦控制策略依旧能保持极低的系统冲击量,整体控制效果较好。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台对不同工况进行仿真,结果验证了平坦控制策略的正确性和优越性。     

采用不可控整流的混合不对称多电平变换器控制策略

混合不对称多电平变换器在输出相同电平数的情况下较传统多电平变换器采用更少的功率元件,可以大大减少变换器体积与成本,成为近年来研究的热点,但至今还没有统一的设计标准和方法。对采用不可控整流的混合不对称多电平变换器进行了深入的研究,通过对采用混合控制策略下的不对称多电平变换器输出电压及各单元输出功率的分析,提出避免有功功率双向流动的控制方法,并在此基础上总结了在进行混合不对称多电平变换器设计时需要遵循的一些原则。对典型的混合不对称三单元变换器进行了仿真与试验验证,仿真与试验结果表明所得结论正确。     

新型模块化多电平变换器电容电压控制

模块化多电平变换器MMC通过子模块叠加可输出任意电平,根据拓扑结构和工作原理,提出了电压控制的MMC,它由向量控制器实现三相静止坐标(即abc坐标)向两相同步旋转坐标(即dq坐标)的变换,dq坐标控制整流器的交直流侧电压和无功功率控制.通过PSCAD/EMTDC仿真软件和搭建实验平台对所提出的控制策略进行了验证.     

电网不平衡下模块化多电平变换器无源一致性控制方法

针对采用传统矢量控制的模块化多电平变换器(MMC)在电网发生单相短路时易发生系统运行失稳的问题,从能量角度出发,提出形式简单、稳定性较好的无源一致性控制方法.以电网不平衡情形下正序电流期望轨迹快速跟踪与负序电流快速抑制为第1目标,通过建立MMC端口受控耗散哈密顿模型,求取不影响全局能量耗散的"无功力",简化无源性控制器...     

模块化多电平光伏并网逆变器的不对称容错控制策略

建立了容错控制时采取热备用形式下模块化多电平换流器(MMC)的平均开关模型。针对MMC子模块发生故障时剩余子模块不足以支撑直流母线电压导致逆变器不能继续运行的问题,提出一种只旁路故障子模块的新型容错策略,通过改变子模块电容电压值和载波移向角的方法,保证环流中的主要成分不改变,同时降低故障后逆变器并网电流的谐波畸变率,使MMC能够继续运行。改进了容错时的最大功率点跟踪控制环节,解决了容错时直流母线电压的恢复时间长的问题。利用MATLAB/Simulink搭建了MMC的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

隔离型模块化多电平直流变换器子模块电容电压综合控制策略

针对桥臂参数不对称及轻载工况导致隔离型模块化多电平直流换流器(isolated modular multilevel DC converter,IMMDC)子模块电容电压发散问题,文中提出一种IMMDC桥臂子模块电容电压综合控制策略,包括两个层面,分别是上下桥臂电容电压平衡控制和桥臂内子模块电容电压平衡控制:针对桥臂参数不对称问题,建立表征IMMDC内部动态特性的通用数学模型,揭示在双向功率传输下桥臂参数不对称导致上、下桥臂电容电压不平衡及桥臂交流环流产生的机理。在此基础上,提出基于脉宽调制(pulsewidth modulation,PWM)+移相的IMMDC上下桥臂电容电压平衡控制方法,实现IMMDC上、下桥臂电容电压平衡,并有效抑制交流环流;针对IMMDC的不同工作模式、不同变换器电压匹配比导致常规排序法失效的问题,提出一种基于单排序的工作模式自适应的桥臂内子模块电容电压平衡控制方法,实现全运行工况下IMMDC桥臂内子模块电容电压的平衡控制。最后,通过仿真和样机实验验证所提控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下模块化多电平换流器的环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)内部环流的存在增大了桥臂电流的峰值和有效值,增加了子模块电容电压的波动幅度,影响电力电子器件的安全运行,因此,有必要对其进行有效抑制。通过对相单元瞬时能量进行推导和分析,指出电网电压不平衡时三相环流可能存在2倍频的正序、负序和零序分量,三相环流的直流分量不一定彼此相等。推导了三相环流直流分量即环流参考值的计算公式,并提出基于比例积分(PI)调节器和矢量比例积分(VPI)调节器并联的新型环流抑制策略,给出了相关控制参数的整定方法。新型环流抑制策略可直接在abc三相静止坐标系下执行,因而无需坐标变换和锁相环,控制结构简单,可同时消除2倍频正序、负序和零序环流,并且在电网电压平衡和不平衡时均适用。在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC仿真模型,验证了该环流抑制策略的正确性和有效性。     

基于FPGA的模块化多电平变换器控制策略研究

模块化多电平变换器(MMC)是一种新型的拓扑结构,其主要应用在中高压领域.在分析MMC拓扑结构及其工作原理的基础上,以5电平为例,采用基于参考电压分解的电压空间矢量(SVPWM)调制策略,合理选择冗余开关状态,降低了1/3的开关频率.通过动态选择投入桥臂的子模块,实现了直流侧电容电压的平衡控制.并针对FPGA难以实现三角函数运算的特点,提出了一种新的方法进行扇区选择.最后分别在Matlab/Simulink和Xilinx XC3S400型号FPGA中进行了仿真和实验验证,理论分析与实验结果均说明了该控制策略的优越性.     

模块化多电平动态电压补偿器的控制策略研究

提出一种模块化多电平结构应用于动态电压补偿器的新技术。模块化多电平结构易扩展,便于实现,且具有公共直流母线,能够实现四象限运行。文中对模块化多电平动态电压补偿器的拓扑结构和工作特性进行介绍和理论分析。通过对几种补偿策略、子模块电容电压控制策略和MMC逆变单元调制策略的对比介绍,提出了适用于模块化多电平动态电压补偿器的同相补偿、子模块电容电压分层控制和载波移相PWM调制的控制策略。利用PSCAD软件搭建仿真模型,通过仿真分析,验证了模块化多电平动态电压补偿器控制策略的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器电容电压均衡控制策略研究

模块化多电平换流器(MMC)中各个子模块的电容电压均衡问题亟待解决。在分析MMC拓扑结构及其工作原理的基础上,结合载波移相调制方法,提出了一种基于PI控制器的电压均衡控制策略。该策略包括平衡电容电压和抑制桥臂环流两部分,通过调整调制信号的波形,进而改变各个电容的充放电时间,使电容电压保持一致并跟踪其给定值。该控制策略无需对所测得的电容电压进行排序,减少了IGBT的开关频率,大大降低了系统损耗。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上对MMC系统进行验证,结果表明控制策略正确有效。