全桥MMC型直流融冰技术功率模块直流电容电压纹波分析

对一种基于全桥型MMC的直流融冰装置的功率模块直流侧电压进行了分析研究,推导出了功率模块直流侧电压波动和直流融冰电流、电压调制比、模块直流电容值之间的关系公式。并在此基础上推导出了该电压波动的最大值。为全桥MMC型融冰装置的设计、计算提供了理论依据。在PSCAD环境下建立了全桥MMC型直流融冰装置的仿真模型,对所推导的公式进行仿真验证,并且在一台工业样机上进行了试验,仿真和试验的结果验证了所推导公式的正确性。     

一种新的柔性直流输电系统远端启动策略

模块化多电平换流器(MMC)的启动是MMC柔性直流输电系统工程应用首先需要面临的问题,针对采用MMC结构的两端或者多端柔性直流输电系统,提出了一种新型的有序解锁启动方法,以减少传统充电方式下换流阀解锁瞬间的直流电压跌落和桥臂电流冲击。该方法在传统不控充电过程后,先解锁定直流电压换流站,再对其他换流站进行远端充电,期间其他换流站的桥臂按其子模块电容电压高低顺序逐步减少投入充电的子模块个数,以此不断抬高子模块电容电压,在电容电压到达一定数值后再解锁换流站。通过理论分析计算了本方法最大的电压跌落,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性和优越性。此外,新的远端启动控制策略对多端柔性直流系统的定功率换流站启动顺序和启动时刻没有特殊要求,并针对单桥臂进行设计,可以重复应用于各桥臂,因此,其适用于实际工程中的多端柔性直流系统远端启动和交流系统故障造成无源端闭锁后的在线重启动。     

混合式MMC直流侧短路工况下充电策略研究

特高压柔性直流系统(VSC-UHVDC)通常由混合式MMC(hybrid-MMC)以高低阀组串联的形式构成,单个MMC在线投入过程可能涉及直流侧短路的启动充电工况,其充电回路的特殊性要求针对该混合式MMC直流侧短路工况提出新的充电策略。文章分析了混合式MMC在直流侧短路工况下闭锁充电时仅全桥子模块(FBSM)被充电,半桥子模块(HBSM)无法充电的问题;提出了一种可控充电策略,通过“切除”一定数量的子模块人为改变充电回路,实现半桥与全桥子模块均衡充电;文中对上述充电策略进行了仿真验证,结果表明了该充电策略的参考价值。     

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。     

混合型模块化多电平换流器启动冲击电流特性分析及控制策略

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半桥型和全桥型子模块预充电电压特性及其等效电路,提出两类模块电容电压计算方法。利用全桥型子模块负电平输出特性,提出一种交流侧受控充电启动策略,能够在电容欠电压条件下避免换流器过调制从而抑制冲击电流。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了换流阀启动特性的正确性和所提出的启动控制策略的有效性。     

光伏汇集系统经过混合型MMC并网优化启停控制策略

针对光伏直流升压汇集并网系统,基于半桥全桥混合型模块化多电平换流器(MMC),分析了系统预充电启动过程及停机过程。启动过程中,不控充电阶段半桥子模块及全桥子模块电压不能同步上升,且直流母线电压过低,分析了其原因并且给出了软启动方案。停机过程中,采用MMC系统的传统分组放电策略,放电初始时刻及放电组别切换时刻会产生较大的冲击电流。提出了停机过程中加入能量分配阶段,可大幅度降低直流母线电压值,从而可降低放电电阻值和耐压等级。放电阶段采用了均衡放电策略,配合能量分配阶段,有效抑制了上述冲击电流。最后,通过MATLAB/Simulink搭建了基于混合型MMC的光伏直流升压汇集系统,验证了系统启停控制策略的有效性。     

模块化多电平换流器子模块拓扑仿真分析

新型模块化多电平换流器(MMC)在直流输电和电能变换领域得到了广泛的研究与应用。但是,由于子模块采用了半桥型拓扑,在直流侧线路故障时,MMC不具有直流故障自清除能力。文中在不改变现有MMC调制和均压策略的前提下,利用续流二极管反向阻断特性和桥臂模块电容充电效应,设计了改进复合拓扑结构,解决了半桥拓扑中电容单向充电问题。通过分析闭锁时储能电容不同充电路径下交流电压与桥臂等效直流电压关系,定义了反映子模块故障抑制能力的电流抑制系数。根据系统启动过程中不控整流阶段电容电压的不同,设计了自励启动方法。仿真结果验证了启动方法和复合拓扑对直流侧故障电流抑制的有效性。     

基于动态调节的MMC故障子模块替换策略

为了更加高效和快速替换模块化多电平换流器的故障子模块,提出一种基于动态调节的冗余子模块投入策略。利用冗余子模块进行了电压补偿,同时在每个控制周期内对替换子模块的导通时间进行了限幅控制,有效地避免了替换子模块投入充电过程中系统直流侧电压偏离正常值问题和直流侧由于替换子模块投入产生的较大有功电流冲击问题。仿真表明,该策略能极大地抑制冗余模块投入带来的交流输出侧电压波动,并有效抑制直流侧有功电流的冲击。     

应用于配电物联网的高压直流固态变压器启动策略研究

直流固态变压器作为未来能源互联网的关键智能装备之一,在配电物联网中具有广阔的应用前景。然而,在其启动过程中往往会造成很大的冲击电流,对配电系统稳定性造成了影响。文章提出了一种有效的一次侧/二次侧子模块软充电策略,一次侧充电策略采用不控充电阶段和最大电流可控充电阶段以控制桥臂充电电流峰值。二次侧充电策略采用定占空比增大法,使得交流侧充电电流逐渐增大至稳态。该方法不需要借助额外的辅助电源,通过子模块的投入与闭锁状态,将各子模块充电至一定电压,抑制充电电流尖峰。文章分析了各个充电状态下的功率传导公式,得出了二次侧的最大充电电压。最后通过Matlab仿真,验证了该方法的有效性。     

一种新型的混合MMC预充电策略

模块化多电平换流器(MMC)的预充电是保证MMC-HVDC系统正常运行的基础,其中同时包含全桥子模块(FBSM)和半桥子模块(HBSM)的混合型MMC拥有较强的直流故障穿越能力而成为研究的热点.由于全桥子模块和半桥子模块的充电特性不同,子模块(SMs)的电容器电压在不受控制的预充电过程结束时可能会有所不同.通过分析指出了混合型MMC常规不控充电策略的缺陷,然后提出了一种三阶段预充电策略.该策略可以消除不同类型子模块的电容电压不平衡,解决了半桥子模块预充电过程中自取能量不成功的问题.最后,基于所提出的策略对不受控预充电过程进行了仿真和分析.     

柔性直流输电系统MMC换流阀闭环充电策略

随着柔性直流输电系统的快速发展与广泛应用,其启动工况愈发具有多样性,MMC换流阀传统开环充电策略需要综合考虑系统状态变量进行参数配置,且配置难度大。由此提出了通用性的换流阀闭环充电控制策略,无需检测系统状态即能将子模块稳态电压控制在额定值,具有较好的适应性。首先,分析了柔性直流输电系统的三类充电回路及主动均压充电策略。其次,基于子模块特性不一致的均压需求分析,提出了完整的通用性闭环充电策略及对应的柔性直流输电系统的协调启动策略。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了三端直流电网模型,仿真验证了闭环充电策略。结果表明闭合充电策略通用于各类换流站的启动充电过程,且可将子模块电压平稳充电至额定值,同时不存在桥臂过流及子模块过压等现象。     

LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方法研究

直流融冰装置是电网应对冰雪灾害的重要设备,传统晶闸管器件的直流融冰技术存在无功消耗高、谐波含量大等问题,而基于全控器件的融冰技术存在装置容量和经济性不足问题。为发挥2种融冰装置自身优势,设计了一种由电网换相换流器（line commuted converter, LCC）和模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）共同组成的混合型直流融冰装置,其中MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求,设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略;同时,设计了提高装置利用率的复用功能模式。通过MATLAB/Simulink仿真平台构建了LCC-MMC混合型直流融冰装置模型,对不用工况进行直流侧融冰能力及交流侧电流特性的仿真,结果表明,装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。     

模块化多电平柔性直流输电系统的直流侧启动方法研究

模块化多电平换流器的启动是系统正常运行的前提和基础,也是柔性直流输电系统运行过程中的重要环节。换流器交流侧为无源网络或待启动的有源网络时,启动过程需要增加辅助电源,增加成本和工作量。提出一种直流侧充电启动方法,通过不控整流预充电后子模块数递减方法解锁使子模块电容电压达到预先设定值,无需增加辅助电源,能有效限制充电过程中的电压和电流冲击。在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电系统模型,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于混合桥臂的模块化多电平直流融冰装置

针对目前直流融冰装置存在的结构复杂、高次谐波污染严重等问题,提出了一种基于混合桥臂的新型模块化多电平换流器(MMC)直流融冰方案。方案采用上臂均由全桥子模块(FBSM)而下臂均由半桥子模块(HBSM)构成的新型结构。正常运行时,作为静止同步补偿器(STATCOM)实现动态无功补偿。输电线路覆冰时,可输出从零到设定值的连续可控直流电压和电流来实现融冰功能。首先,对混合桥臂MMC直流融冰的优点进行了介绍,分析了其数学模型和功率。其次,提出了混合桥臂MMC直流融冰的分级控制策略。最后,在PSCAD中搭建了混合桥臂MMC直流融冰模型,对方案和控制策略的可行性和有效性进行了仿真验证。     

面向LCC-HVDC与VSC-HVDC互联的DC-DC接口变换器拓扑与调制策略

为实现基于电网换相换流器的LCC-HVDC和基于电压源型换流器的VSC-HVDC之间的直流互联,提出了一种隔离型双MMC结构的互联DC-DC接口及其调制策略。为满足LCC-HVDC与VSC-HVDC在电压等级和工作原理等方面的差异性需求,互联接口在LCC侧采用全桥MMC结构,在VSC侧采用半桥MMC结构,两侧MMC之间通过中频变压器进行功率交换。针对该接口的应用场景,提出了准两电平调制策略及其子模块均压控制策略。接口工作过程分析表明,所提出的调制策略能够稳定传输功率,减小子模块承受的电压应力。对子模块能量交互过程分析表明,所提出子模块均压策略能够合理设置子模块移相角,有效维持子模块电容电压均衡稳定。同时给出仿真与实验结果,证明了所提出的接口及其调制策略的有效性与正确性。     

MMC-HVDC通用启动控制策略研究

在基于模块化多电平换流器高压直流输电系统(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。以电容电压实时排序算法为基础,分析了换流器不可控充电阶段特性。在可控阶段,根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了子模块的开环预充电方案,该方案适用于不同类型子模块且无需PI参数整定。最后,在Matlab/Simulink中搭建换流站预充电模型对所提策略进行验证。     

MMC-MTDC系统协调启动控制策略

为快速平稳的启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC),避免各站启动时序配合不当引起大的电气冲击甚至启动失败,提出了MMC-MTDC系统协调启动控制策略。首先,指出MMC存在交流侧、直流侧和交直流侧混合3种预充电方式,基于其充电机理,设计了预充电方式识别方法,提出了可将子模块充电至额定电压的闭环均压充电策略;其次,研究了多端系统启动时序的有效配合方案,提出了基于直流电压斜坡控制方式的并联式MMC-MTDC系统协调启动控制策略;最后,通过Matlab/Simulink构建三端系统进行仿真。结果表明:闭环均压充电方法能自动适应MMC 3种预充电方式,使子模块平稳充电至额定值;协调启动策略则能很好的实现多端系统平稳解锁。     

MMC-HVDC电容协同预充电控制策略

为预测基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)电容预充电的准确时间并实现子模块电容的额定充电,考虑冗余子模块在内,提出了一种启动预充电和停机过程都适用的协同调制策略。首先,建立了模块化多电平启动预充电不可控阶段的动态数学模型,并据此修正了不可控阶段直流电压的表达式以及启动限流电阻选取的表达式。其次,分析了换流器解锁瞬间存在冲击电流的原因,调整了限流电阻的切除时间,从而较好地抑制了解锁时刻的冲击电流。再次,针对换流器子模块级联的特点,提出了一种模块协同直流电压的调制策略,该策略解决了换流站直流电压和子模块电容电压的匹配问题。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了MMC-HVDC预充电仿真模型,对所提调制算法进行了仿真验证,结果表明,随着直流电压从Up开始升至Udc0期间逐渐将每相投入子模块数目从T(每桥臂子模块数目)下降至N(额定投入运行数),可以将子模块电容电压充电至额定值。     

柔性直流输电系统启动控制策略研究

基于MMC的两端及多端柔性直流输电系统,根据换流站充电策略的不同需要设计不同的启动模式,又由于不控充电过程中存在功率模块电容电压发散问题及多站启动时存在启动顺序等问题,需要合理的启动策略来保证基于MMC的柔性直流输电系统启动的安全可靠性。根据柔性直流输电系统换流站的充电策略分别设计了基于MMC的两端柔性直流输电系统的启动模式和多端柔性直流输电系统的启动模式。     

电压源和电流源混合型融冰技术及其控制策略

为了弥补全桥MMC融冰装置受IGBT器件限制融冰电流有限和晶闸管型直流融冰技术给交流系统带来谐波和感性无功功率的问题,提出了一种混合型融冰技术,它由全桥MMC换流器技术和晶闸管整流型直流融冰技术组成,两种技术装置共同提供线路融冰电流,全桥MMC换流器同时作为有源滤波器滤除并补偿晶闸管型直流融冰装置所产生的谐波和无功功率,并可以灵活地进行零功率定电流试验。对提出的这种混合型融冰技术工作原理进行了详细的阐述,设计了它的控制策略,并搭建了该技术的PSCAD仿真模型进行全系统的仿真研究,其结果表明该技术具有可行性和优越性。