一种适用于直流配电网中半桥-全桥混合型MMC的全电平逼近调制策略

为改善半桥-全桥混合型子模块数量较少的模块化多电平换洗器(modular multilevel converter, MMC)运行性能,推进其在直流配电网等中低压领域的应用,提出了一种全电平逼近调制策略(full level modulation,FLM)。所提FLM利用全桥子模块(full bridge submodule,FBSM)的全电平输出能力,控制桥臂中某一FBSM运行于“脉宽调制(pulse width modulation, PWM)模式”,将所得全电平PWM波与原阶梯波叠加以进一步逼近正弦调制波。子模块工作模式由电容电压排序结果确定,相单元中任意时刻均有两个FBSM运行于“PWM模式”,输出互补的全电平PWM波。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,在所提FLM调制策略下,交流侧电压电流质量远高于传统最近电平逼近调制策略,运行损耗、控制复杂度及循环电流均优于传统载波移相脉冲宽度调制,满足中低压领域的调制要求。     

基于辅助子模块的MMC输出电流谐波优化控制方法

基于半桥结构的模块化多电平变流器（modular multilevel converter,MMC）因其具有功率大、电压等级高等特点，在柔性直流输电系统中被广泛应用。与载波移相调制（carrier phase shift modulation,CPS-PWM）相比，最近电平逼近调制（nearest level modulation,NLM）具有控制简单，开关频率低的显著优势。但在输出电平较少时，NLM调制输出电流谐波畸变率较大。因此，文中在传统MMC的每个桥臂中串入1个全桥子模块，控制该全桥子模块的电容电压为半桥子模块的1/2，以增加MMC输出电平数。对NLM调制策略进行改进，改进后的调制策略可以实现半桥和全桥子模块的平衡控制，并在此基础上，提出了一种降低子模块开关频率的方法。最后，在MATLAB/Simulink中搭建了详细的仿真模型，仿真结果验证了文中MMC拓扑和改进NLM调制策略的有效性。     

中压级联H桥换流器提高输出电能质量的锯齿载波NL-PWM策略

最近电平-脉宽调制(nearest level pulse width modulation,NL-PWM)技术是将最近电平调制(nearest level modulation, NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)有机结合的先进调制策略,适用于中压配电网级联H桥换流器,具有开关频率低和谐波特性好的优点。现有的NL-PWM调制基于三角载波,在中压配电网应用CHB子模块数较少的情况下,其输出电压的THD含量相对较高,并且其开关点随参考电压变化,不利于均压控制。由于锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制,通过对NL-PWM调制的基本原理的分析,推导了基于锯齿载波的NL-PWM输出电压波形的频谱;通过仿真分析了不同电平情况下锯齿载波NL-PWM的谐波特性,并将其调制性能与基于三角载波的NL-PWM调制方法进行了对比。最后,搭建了每相4个H桥模块级联的电力电子换流器进行了基于锯齿载波NL-PWM调制的实验验证。仿真和实验结果表明,锯齿载波的NL-PWM调制的输出电压和电流THD含量明显小于三角载波的NL-PWM调制。     

模块化多电平换流器混合调制策略

针对用于低压系统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),提出了一种提高较低电平数下换流器输出波形质量的混合调制策略。采用最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)相结合的方法,在每个控制周期,以最近电平逼近的方法形成阶梯波,并在每一个阶梯波上引入PWM控制,形成阶梯波和PWM信号相叠加的换流器桥臂调制信号。该调制策略能够在提高换流器输出的波形质量和减少谐波含量的同时,降低调试算法运算量,有利于控制器的实现。通过对用于10 k V交流系统的9电平换流器进行仿真试验,验证了所提出的调制策略能使换流器具有较好的电压、电流输出波形,证明该调制策略的可行性与有效性。     

一种改进的中压MMC混合调制策略

在介绍了模块化多电平变换器(MMC)基本运行原理的基础上,分析了传统最近电平逼近调制(NLM)+脉宽调制(PWM)的混合调制策略,针对该混合调制策略输出电压的电平数只有n+1(n为MMC各桥臂子模块个数),在中、低数目子模块下对波形质量改善幅度较小,提出了一种改进的混合调制策略,该调制策略通过对上、下桥臂PWM载波相角差进行合理的配置,可使得输出电压的电平数达到2n+1,从而显著降低了输出电压电流的谐波含量.最后通过实验验证了改进策略的有效性.     

一种应用于中压领域的MMC混合调制策略

介绍了模块化多电平换流器(MMC)的基本拓扑与工作原理,当子模块数为十几个时,使用最近电平逼近调制(NLM)时输出电压总谐波畸变率(THD)较大,而使用脉宽调制(PWM)时对控制精度要求过高而难以实现。研究了一种改进的调制策略,该策略结合了PWM技术与NLM的优点,保证了高质量多电平输出,同时降低了对系统控制协调精度的要求。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了该策略的有效性,并进行了实验验证。     

模块化多电平换流器型直流输电的调制策略

介绍了模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构和工作原理.对MMC可以使用的几种调制策略进行了比较,当MMC用于直流输电这样的高压大功率场合时,需要的电平数很多,而最近电平逼近调制(NLM)正适用于这类情况.提出了NLM在MMC中的实现方法,给出了计算NLM基波和各次谐波幅值的解析表达式,绘出了NLM的基波分量和总谐波畸变率随电平数和调制波幅值的变化而变化的情况.指出了当系统进入严重过调制区时,NLM性能会明显恶化.利用PSCAD/EMTDC下搭建的仿真系统对NLM的基波和谐波特性进行了仿真.理论计算和仿真结果均表明使用NLM策略的MMC在较大的工作范围内都具有很好的调制波跟踪能力和较低的谐波水平.     

一种适用于少子模块MMC的等效电平调制策略

为了改善直流配电网中子模块数较少的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行性能,文中提出一种等效电平调制(equivalent level modulation,ELM)策略。在最近电平逼近调制的基础上,通过引入子模块输出方波序列的等效电平模式,ELM调制出的交流电压可等效增加多种非整数电平。子模块的工作模式根据排序结果进行轮换,任意时刻每个桥臂至多有1个子模块运行于等效电平模式。谐波与损耗分析表明,与最近电平逼近调制相比,ELM能够有效降低输出电压的低次谐波含量,且运行损耗明显小于载波移相PWM调制。此外,文中还给出ELM综合考量谐波与损耗的最优方波频率求取方法。最后,分别搭建Matlab/Simulink仿真模型和物理实验系统,对ELM应用于少子模块MMC的有效性与优越性进行验证。     

最近电平逼近调制的基波谐波特性解析计算

随着模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电工程的出现,高电平数换流器将在电力系统中得到越来越多的应用。最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)是一种适合高电平数换流器的阶梯波调制策略,其实时控制触发方式用于理论研究,而其等间隔控制触发方式适合用于数字实现。为此推导了阶梯波调制的通用Fourier级数解析表达式,在PSCAD/EMTDC下搭建了基于NLM的两端MMC直流输电仿真系统。利用解析计算和仿真两种方法研究了实时控制触发和等间隔控制触发下NLM的基波和谐波特性。理论计算和仿真研究表明,间隔时间越大,阶梯波对调制波逼近的延迟越大。这会造成阶梯波的基波幅值偏差和总谐波畸变率变大,并且使系统的连续调节能力变差。基波幅值偏差过大会导致控制系统不稳定,因此在条件允许的前提下,等间隔控制触发选用适当小的间隔时间是有必要的。     

一种低开关频率运行的模块化多电平变换器混合调制策略

近年来,基于模块化多电平变换器(MMC)的电压源型高压直流输电技术得到广泛的应用。为了在不增加开关频率的情况下尽可能减小子模块电容电压波动,同时降低系统输出中的谐波含量,通过结合最近电平逼近调制(NLM)和脉宽调制(PWM)两者的优势,提出一种能够满足高压直流输电要求的混合调制策略。该方法在阶梯调制的基础上加入PWM,对误差信号进行二次调制,采用子模块单元选择法并构造电容电压平均、平衡控制和电流闭环控制,对各桥臂子模块投切状态进行实时反馈修正,使系统在较低的开关频率下仍能对子模块电容电压波动以及输出谐波含量进行有效优化,最后在MATLAB/Simulink平台上验证了该方法是有效可行的。     

模块化多电平变换器最近电平调制研究

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的调制方法直接影响其运行时的整体性能。最近电平调制(nearest level modulation,NLM)由于其多电平输出时开关频率低、易于工程实现等优点在中高压大功率场合得到广泛应用。文章针对传统NLM采用电容电压排序,根据电流方向选择相应子模块触发导通的电压均衡方法,在阶梯波形成过程中引入自变量的偏差值,调整近似函数,对发波过程的算法进行修正,使得输出电平数增加一倍,显著提高交流输出电压谐波特性;同时分析比较不同调制偏差量组合情况下的输出电压谐波水平,最后仿真验证了该方法的效果。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。     

中压模块化多电平换流器降低开关频率的锯齿载波最近电平-脉宽调制方法

最近电平-脉宽调制(NL-PWM)适用于中压模块化多电平换流器(MMC),较最近电平调制(NLM)可大幅减少谐波电流。NL-PWM通过电压排序实现桥臂子模块均压,均压切换设置在阶梯波跳变点,可减少额外的开关切换,但也限制了均压频率,影响了均压效果。PWM开关频率较高,在其开关点进行均压切换可大幅提高均压频率。现有NL-PWM方法基于三角载波,其开关点随参考电压变化,不便于均压控制的实施。该文提出非倍频和倍频的基于锯齿载波的NL-PWM方法,锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制。分析了所提调制的谐波特性,研究表明,采用倍频锯齿载波NL-PWM方法可在降低开关频率的同时保证良好的均压效果与输出电能质量。此外,所提调制亦可避免功率开关的窄脉冲。仿真与实验研究验证了理论分析的正确性。     

模块化多电平变换器混合调制策略

提出一种应用于模块化多电平变换器(MMC)的混合调制策略,该方法融合了最近电平逼近调制(NLM)与脉宽调制(PWM)策略。利用NLM算法求得输出电平数,引入子模块直流电压瞬时值对阶梯数进行修正,在此基础上求得PWM波,并确保在任意时刻MMC每桥臂中有且仅有一个子模块处于PWM,以减少系统损耗。与此同时,采用电容电压排序的方法选择PWM工作子模块,并对各子模块进行了电压均衡控制。样机验证了其正确性及先进性。     

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑

模块化多电平换流器（MMC）采用模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化,其普遍子模块（半桥、全桥结构子模块）的输出为0、1两种电平。提出了一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑结构并介绍了其工作原理。该种子模块可以输出0、1、2三种电平,与原有的半桥结构相比,在输出同样电平数的情况下,该新型拓扑可以节省25％的IGBT,减少了子模块的总数和换流站的占地面积。成功地将最近电平逼近调制（nearest level modulation,NLM）策略应用到新型拓扑上,并给出了相应的电容电压控制策略。在PSCAD仿真环境中搭建基于NLM的11电平两端MMC—HVDC输电系统,仿真结果表明子模块电容、直流电压和谐波均满足要求,验证了所提拓扑和控制策略的正确性与有效性。     

级联H桥换流器避免窄脉冲的NL-PWM策略

最近电平-脉宽调制(NL-PWM)是将最近电平调制(NLM)和脉宽调制(PWM)结合的混合调制方法,在级联H桥(CHB)型换流器中具有广泛的应用前景,但其在实施过程中会出现窄脉冲,对CHB工作效率、输出电压质量和功率器件的安全运行产生不利影响.此处分析了传统NL-PWM窄脉冲问题的产生机理,提出了一种能够避免窄脉冲的改进型NL-PWM策略,分析了其避免窄脉冲原理并对其进行频谱分析.研究表明改进型NL-PWM在有效避免窄脉冲的同时,谐波特性优于传统NL-PWM.仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

一种适用于少子模块MMC的混合调制策略

由于中低压配电网下电压等级较低,模块化多电平换流器(MMC)子模块数量也较少,因此少子模块MMC的调制方式对MMC系统的性能有重要影响。为改善少子模块MMC的输出质量与输出能力,文中提出一种工作在高调制度的基于电平阶跃点切换的少子模块MMC混合调制策略。在最近电平逼近调制(NLM)的基础上,控制MMC在输出电平阶跃点处进行NLM与载波移相脉宽调制模式之间的实时切换,同时结合环流控制和子模块电压均衡控制,进一步保证少子模块MMC在该混合调制下的正常运行。然后,建立子模块数为4的MMC混合调制的仿真模型,对该少子模块MMC混合调制策略进行仿真验证。结果表明：所提出的混合调制策略兼顾低输出谐波和低开关损耗的特点,提高了其输出质量;且其处于高调制度的工作情况,增大了直流电压利用率,提高了少子模块MMC的输出能力。     

基于新型四电平子模块拓扑的多电平整流器

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)基于其模块化的结构,能够在较低的开关频率下输出更高电压电平数来逼近正弦波形,使得其在高压大功率直流输电系统应用背景下比传统电压源换流器更可行。传统MMC子模块可以输出0、1两种电平,而本文提出了一种能够输出0、1、2、3四种电平的新型子模块拓扑结构,在换流器需要达到相同输出电平数的条件下,基于新型子模块的MMC级联子模块数量仅仅为基于半桥子模块MMC的2/3,能够可观的减小换流站体积。同时,IGBT开关数量相比半桥子模块MMC系统减少了1/6。在Matlab/Simulink中将最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)策略及改进的电容电压均衡策略应用于新型子模块拓扑,仿真结果验证了其有效性。     

基于叠加逼近调制的模块化多电平换流器谐波环流抑制策略EI北大核心CSCD

提出了一种采用改进的最近电平调制技术(nearest level modulation,NLM)的叠加逼近调制策略,能够抑制模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的谐波环流。首先对基于传统NLM的MMC进行解析分析,指出当采用传统NLM时,上、下桥臂电压的实际输出值与控制器参考电压之间会出现偏差,且偏差中的二倍频成分是产生二倍频环流的根本原因。据此,提出了一种叠加逼近调制策略,使上、下桥臂实际输出电压与参考值一致,并从能量平衡角度论证了当采用叠加逼近调制策略时,桥臂中无二倍频环流。以厦门柔直示范工程的电磁暂态仿真算例验证了所提算法的正确性,为下一步的实际工程应用奠定了基础。     

一种基于电流滞环控制的模块化多电平变流器调制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)在中低压领域中的应用,提出一种改进型最近电平逼近(NLM)调制策略,调制策略中引入电流滞环控制环节对最近电平逼近调制结果进行修正,并分析了滞环环宽的设定。该调制策略实现简便,动态性能好,控制器计算量小。对传统NLM调制策略和该文提出的改进型NLM调制策略进行了仿真和试验对比。仿真和试验结果表明,该调制策略可明显改善输出电流波形的质量,具有良好的动态性能,实现了输出电流对参考电流的快速、精确跟踪。