适用于现场可编程门阵列的MMC电容电压平衡控制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在HVDC输电中得到了广泛的应用,文中针对MMC存在的电容电压均衡问题,从工程角度出发,提出了一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)的电容电压均衡控制算法。该算法采用动态分组排序,可有效降低排序的运算量和提高排序速度;同时算法中又遵循了避免不必要的开关动作的原则,可降低器件的开关频率和减小开关损耗。最后,基于RT-LAB实时仿真系统构建了一个基于MMC-HVDC的双端风电场并网系统硬件在环半实物仿真平台,在该平台上验证了所提排序算法的可行性,同时在稳态和暂态工况下,验证了基于MMC-HVDC的风电场并网系统的控制效果。     

基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

基于改进算法的MMC电容电压平衡策略

基于电压源型换流器的高压直流输电采用全控器件IGBT,又称为柔性直流输电,其中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)技术具有开关频率低、谐波少、方便拓展等特点,现已成为学者广泛关注的热点,对其子模块均压控制则是该技术的关键.通过对MMC结构进行深入分析,提出了一种改进的电...     

MMC型柔性直流输电系统无源网络供电的直接电压控制

介绍了向无源网络供电的模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的系统结构和工作原理,引入了MMC的数学模型。提出了MMC无源逆变的直接电压控制策略,其中电压幅值控制由参考信号的直馈和负反馈PI补偿来实现,频率控制通过给定调制信号频率来实现,保证了良好的供电质量。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC仿真系统,对有功和无功负荷变化以及交流电压降低等工况进行了仿真研究。仿真结果表明所设计的无源逆变控制器可以向无源网络提供高质量的电能。     

兼具开路故障诊断能力的MMC电容电压测量方法

模块化多电平换流器在高电压等级、大输送容量场合的应用中,各桥臂大量子模块的电压需要实时采集并维持在允许范围内,但电压传感器配置数量的增加影响了系统的经济性与可靠性。为解决以上问题,提出了一种基于电容电压预估和组电压测量的子模块电容电压测量方法。该方法对桥臂子模块进行了分组,每组仅配备一个电压传感器,从而使传感器数量得以减少。在该测量方法基础上提出了一种子模块开路故障诊断策略,通过比较电压实测值与预估值完成开路故障的快速诊断,并且对传感器设置了故障冗余,在传感器发生故障的情况下系统仍能保持稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了21电平基于模块化多电平换流器的高压直流仿真系统。仿真结果表明,所述方法具有与传统方法近似的测量精度,同时能在较短时间内诊断子模块开路故障与传感器故障。     

采用质因子分解法的模块化多电平换流器电容电压平衡优化算法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)子模块电容均压问题,是MMC型高压直流输电系统稳定运行的关键。当桥臂子模块数过多时,采用传统的排序均压算法将使电容电压排序运算量过大,这对控制器的硬件设计带来巨大挑战。针对传统均压算法的问题,提出了一种改进的电容电压平衡方法,通过对子模块分组,减少了电容电压排序运算量,同时采用一种组间电压平衡算法,解决了各组间电压不平衡问题。在此基础上,类比整数质因子分解思想进一步优化,得到电容电压平衡分组排序的最优化方法。在实时数字仿真器RT-L ab中搭建了模块化多电平换流器直流输电系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)模型进行仿真验证,仿真结果表明,改进方法及最优化方法能在维持子模块电容电压平衡的同时,大大提高仿真计算速度,从而验证了所提出方法的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器电容电压优化平衡控制算法

介绍了模块化多电平换流器(modularized multilevel converter, MMC)的拓扑结构及其工作原理,针对 MMC 子模块电容电压平衡问题,提出了一种新型的适用于采用载波移相正弦脉宽调制技术的 MMC 电容电压优化平衡控制算法,其本质是调整子模块的导通时间以对其电容电压进行动态调节.分别定义了在系统工作点附近具有相对稳定性的环流抑制系数以及电容均压系数,对子模块调制波进行纵向调整,有效确保 MMC 子模块电容电压的动态平衡;同时给出了环流抑制系数和电容均压系数的优化目标,以期得到理想的电容电压平衡控制效果.仿真结果验证了所提算法的正确性与有效性     

辅加逼近的MMC抑制电容电压波动

子模块电容电压的均衡是模块化多电平换流器MMC控制的重中之重。应用于等级较高的MMC子模块数多,频繁投切造成的开关损耗可观。为此,提出分组设限电压均衡控制策略。即使电平不变时,越限电压的子模块也要投切,均衡电容电压。通过分组能增加模块保持原有状态的能力,降低开关损耗。引入补偿模块PC,使得输出直流电压逼近参考值,支撑直流电压的同时有效地抑制了环流。在Matlab/Simulink中搭建模型进行仿真实验,仿真实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

模块化多电平换流器子模块电容电压平衡改进控制方法

为减少子模块开关动作次数和换流器损耗,提出了一种模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的子模块电容电压平衡改进控制方法。采用最近电平调制方式,每个控制周期内按电容电压大小对处于投入状态和切出状态的2组子模块分别进行排序;根据需要投入的子模块数量和当前处于投入状态的子模块数量,对投入和切出的子模块状态进行改变;根据设定的电容电压允许偏差值、可进行调换的子模块数量,对投入和切出的子模块进行对调。仿真算例结果验证了所提方法的有效性。     

模块化多电平柔性直流换流器阀组本体保护的设计

换流器阀组是柔性直流输电系统的关键设备。文中介绍了模块化多电平换流器阀组的基本原理和组成结构,基于舟山五端柔性直流输电工程对阀组过电流和过电压故障进行了仿真、分析研究,提出了阀组保护的关键需求,以此为基础构建了由子模块控制电路、阀控系统及柔性直流控制保护系统组成的多层次的完整的阀组本体保护系统及保护策略,提出了系统性的过流保护策略和系统性过电压判据,有效提高了阀组的过电流、过电压穿越能力。阀组保护系统及保护策略经过了±6kV两端柔性直流输电系统的试验验证和舟山、南澳工程现场试验的验证。     

适用于FPGA的模块化多电平换流器电容电压均衡控制方法

子模块电容电压均衡是模块化多电平换流器稳定运行的重要前提。针对传统均压控制方法排序计算量大、器件开关频率高的问题,从实际工程角度出发,提出了一种适用于现场可编程门阵列的新型电容电压平衡控制方法。根据正常运行时电容电压波动范围划分若干子区间,并依据实时采集到的电容电压将子模块匹配到相应的子区间分组内。在此基础上,针对电容电压在额定值附近的子模块,分组时考虑上一时刻的开关状态,并遵循尽量维持原有开关状态不变的原则进一步降低了器件的开关频率。在ML605-FPGA板卡中开发实现所提方法,并与实时数字仿真器组成硬件在环实时仿真系统。仿真实验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

基于改进快速排序算法的MMC均压控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)由于其自身具有输出电平数高、开关频率低、波形质量好等优势而被广泛研究和使用。子模块电容的电压均衡问题是MMC的重点研究方向之一。传统均压方法随着子模块数目增加,将极大增加开关元件频率损耗和控制器运算量。该文提出了一种基于改进快速排序算法的均压策略,通过实时监测子模块电容电压,设置子模块电压间的离散度指标,继而控制排序模块的开通和保持。同时,通过排序算法的优化,使控制器在多模块时计算效率大大增加,降低硬件要求。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建MMC-HVDC模型进行仿真验证。仿真结果表明,改进的均压控制方法能够在维持系统特性相对均衡的同时,有效提高运行速度,降低子模块开关频率。     

模块化多电平换流器子模块故障特性和冗余保护

对模块化多电平换流器（MMC）的基本工作原理进行了阐述,分析了MMC中子模块的几种常见故障原因,指出了单个子模块故障会引发直流电压和直流电流的振荡,最终将导致换流器停运。对级联H桥多电平换流器几种常见的子模块故障冗余保护方案进行了比较,在此基础上提出了适合MMC的子模块故障冗余保护方法。该方法将少量冗余子模块置于热备用...     

基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统

对一种新型的模块化多电平变流器(MMC)在轻型直流输电系统(VSC-HVDC)中的应用进行了研究.首先建立了MMC系统的数学模型,提出了适用于MMC系统的快速脉宽调制控制方法、模块电容电压平衡控制策略以及降低器件开关频率的方法.对于系统级控制,提出了基于MMC的VSC-HVDC输电系统非线性控制器,包括有功功率和无功功率解耦控制器,以及直流侧电压控制器.通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的模型和控制方法进行了验证,证实了其可行性和有效性.     

A Grouping Strategy Based on Prime Factorization for Capacitor Voltage Balancing of the Modular Multilevel Converter

The modular multilevel converter (MMC) is attractive for high-power applications because of the advantages of its high modularity and high power quality. This paper proposes a prime factorization-based grouping strategy for capacitor voltage balancing of MMC. With prime factors arranged from the largest to the smallest, the computation burden has been reduced significantly, which is proved mathematically. Then, a 401-level MMC adopting the proposed grouping strategy is implemented and evaluated in the PSCAD/EMTDC environment. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed strategy for capacitor voltage balancing performance under both steady and dynamic states. And by comparing with conventional sorting algorithm, it can be concluded that the prime factorization pattern can significantly improve the simulation efficiency. Finally, the switching frequency of the proposed algorithm is discussed.     

一种模块化多电平换流器电压均衡改进策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是柔性直流输电系统的核心设备,其子模块的电容电压均衡问题直接影响系统的正常运行.针对此问题,首先介绍了一种现有的基于固定轮换的均压方法,指出其优缺点;再进一步提出一种改进的均压策略,能够在达到几乎相同的均压效果的基础上,减少模块的轮换;...     

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。