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。     

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。     

一种有源钳位反激式超级电容均压方法

串联超级电容组中单体间的电压不均衡会造成超级电容使用寿命缩短以及系统能效降低。针对传统反激式电压均衡电路开关管电压应力大、功率损耗大等问题,介绍了一种基于有源钳位的反激变换器串联超级电容储能组高效电压均衡方法。有源钳位电路实现了零电压开关,大大降低了功率损耗。分析了电路电压均衡原理及均压实现方法。对3个超级电容单体串联组成的串联储能系统进行了仿真和试验验证,结果证明了该电压均衡方法的可行性及有效性。     

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。     

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。     

基于冗余矢量的中点箝位型三电平双有源桥变换器的电容电压平衡策略

中点箝位型（NPC）三电平双有源桥（DAB）变换器相对传统DAB变换器可以实现更高的电压等级和更宽的运行范围,具有广阔应用前景;但NPC型DAB变换器存在电容器电压不平衡的问题,影响变换器的运行性能。文章针对NPC型DAB变换器进行了三自由度控制策略的功率传输特性分析,并根据功率传输特性实现了对其功率传输的有效控制。对于其电容电压不平衡问题,文章提出了一种基于冗余矢量的电容电压平衡策略,相对于传统的电容电压平衡策略,该平衡策略可以在不影响传输功率的基础上实现更快的电容电压平衡。仿真结果表明,文章所提控制策略可使变换器在输出电压参考值改变时,电容器电压仍能很好地维持平衡状态,实现在仅有1%波动量的暂态情况下,在0.000 4 s内趋于稳定。     

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。     

基于紧急功率支援的直流输电系统研究

VSC-HVDC通过利用全控期间的电压源型换流器,在一定程度上,克服了传统直流输电的不足之处,同时实现了有功功率和无功功率的独立控制。本文通过在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了基于电压源型换流器的三端直流输电系统,并设计采用了改进型PID控制算法与功率支援模块用以快速改变直流线路传输功率,通过动态电流限幅环节抑制交流侧故障过电流,针对逆变器交流侧的几种常见故障和直流线路故障时系统的运行状况进行了仿真分析,并对不同的故障设计了不同的运行方案,仿真结果表明该系统在多种故障情况下均能够有效的保持系统频率与电压的稳定。     

三相四开关逆变器供电的永磁同步电动机脉冲序列预测控制

针对单矢量预测控制方法存在控制自由度少、电流和转矩纹波大的问题,提出了一种三相四开关逆变器供电的永磁同步电动机脉冲序列预测控制方法。构造了两类包含3个电压空间矢量的对称型脉冲序列,利用电流参考值跟踪成本函数来选取优化脉冲序列;给出了电流参考值跟踪目标下的占空比计算公式,并通过调节直流分量对占空比进行补偿,从而实现直流母线电容电压平衡。仿真结果表明,该方法能实现电流参考值跟踪和母线电容电压平衡,有效减小了电流纹波和转矩脉动。     

载波移相调制死区时间对模块化多电平换流器的影响研究

分析了死区时间对模块化多电平换流器单个子模块的影响,得出了以下结论:桥臂电流大于零时,子模块从投入状态转向切除状态会产生正极性的死区电压;桥臂电流小于零时,子模块从切除状态转向投入状态会产生负极性的死区电压。分析了死区电压对模块化多电平换流器理想基波电压的影响,推导了输出死区基波电压等效幅值、实际输出电压基波幅值及角度偏移量的公式,得出了以下结论:直流侧电压一定时,死区电压对模块化多电平换流器的影响与载波比、死区时间和输出电压与电流的相位差有关,与投入模块数无关;提高电压调制度和降低死区时间可有效降低死区时间对模块化多电平换流器的影响。仿真结果验证了上述结论的有效性。     

稳压电源系统失效分析

研究了稳压电源系统的基本组成结构,开关变换器是电源系统中最主要也是最容易发生故障的部位.通过分析BOOST变换器的结构及工作原理,得出了变换器的频率、相位、品质因数等参数信息可以反映出系统的状态信息.分析了电解电容的结构原理,得出了造成电源系统失效的主要原因是电解电容的失效.电解电容的失效主要造成系统的稳定性下降,而且使输出电压的纹波电压增大.通过测量电源的输出电压即可得知电源系统的状态信息,为了解稳压电源系统的状态提供了帮助.     

A modified asymmetric cascaded multilevel DC–AC converter with switched diodes using FPGA processor implementation

A modified cascaded multilevel DC-AC converter using switched diodes is presented in this paper. This DC-AC converter produces great amount of voltage levels with minimized components by using hybrid modulation. It has two DC-AC converters coupled in cascade. First one is high frequency DC-AC converter and second one is low frequency DC-AC converter. The high frequency DC-AC converter is only capable to generate two levels with high frequency but the low frequency DC-AC converter is capable to produce great amount of voltage level by utilizing switched diodes. It reduces switching losses, size, cost and volume. Simulation of the circuit is done through MATLAB. The switching algorithm is realized by Spartan 6 FPGA processor board. Simulation outcomes are validated through experimental setup.     

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。     

交错并联三绕组耦合Buck变换器设计

针对传统交错并联Buck变换器存在占空比小的问题,将三绕组耦合电感引入反激变换器,设计了一种交错并联三绕组耦合Buck变换器。分析了该变换器中开关管和输出二极管的电压应力,进而得到该变换器的输出电压增益,并对该变换器拓扑进行了优化。仿真和实验结果表明,该优化拓扑可有效抑制开关管两端的电压波动,降低开关管的电压应力。     

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TSC的异步风力发电机风电场的无功功率补偿

为解决风电场并网运行存在的电压质量问题,提出了在风电场并网点进行电容器的分组投切控制方法。本文对风电场安装快速投切电容器组的容量及投切规则进行了研究。提出了计及风速变化对风电场输出有功和无功功率影响的电容器总容量计算方法及控制规则。应用PSCAD/EMTDC软件对某风电场进行了无功补偿优化仿真,结果表明：无功补偿的总容量和分组容量计算准确,可使风电场母线电压保持在允许范围内运行,并且电容器动作次数较少,保证了风电场并网运行时的电压质量。     

有源电力滤波器切换跟踪与优化控制

为了提高有源电力滤波器的动态性能, 基于切换系统理论研究其电流跟踪控制问题. 首先, 建立系统的切换动态模型, 根据切换系统理论和空间电压矢量法证明二次稳定性, 并设计相应的切换控制序列. 考虑到控制器的数字化实现, 建立系统的离散切换系统模型, 提出在采样周期内使系统性能最优的切换控制策略. 仿真结果表明, 该控制策略能实现对指令电流的精确跟踪, 降低功率器件的开关频率, 从而有效地提高系统的动态性能.

     

输出本质安全型准谐振反激变换器分析

在给定的输入电压和负载变化范围内,分析了准谐振反激变换器的输入电压和负载电阻对其开关频率、输出纹波电压和峰值电感电流的影响,总结了其变化规律,得出了满足电气指标要求的电感和输出滤波电容最小设计值,使得最大输出短路释放能量最小。