基于单极MMC拓扑的光伏并网系统仿真分析

针对传统的二电平、三电平变换器不能满足高电压、大容量光伏并网发电系统的要求,以及一般MMC(模块化多电平换流器)不具备子模块保护能力的问题,提出一种具有子模块保护能力的单极MMC光伏并网系统。介绍了基于MPPT(最大功率点跟踪)技术的双闭环控制策略、光伏并网原理以及MMC换流器拓扑结构的特点、工作原理、调制方式。采用CPS-SPWM(载波移相正弦脉宽调制)方式来调制MMC,利用PSCAD/EMTDC电力系统电磁暂态仿真软件搭建9电平的MMC光伏并网模型。仿真结果表明,设计的MMC具有保护子模块的能力,CPS-SPWM调制方式谐波少、开关频率低,光伏阵列通过MMC平稳并网。     

计及三相短路故障的MMC光伏并网系统电压补偿方法

模块化多电平变流器(mudular multilevel converter,MMC)在主电路结构中可以有效提高光伏并网系统的光能利用率。提出了一种光伏电站直流并网方案,通过大功率高变比的有源箝位Boost全桥隔离变换器串联升压,然后经MMC实现光伏高压直流并网。针对光伏并网后交流侧电压的稳定性,提出了基于电压前馈的双闭环控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建串联型光伏电站经MMC并网模型,并应用基于电压前馈的双闭环控制策略,验证所提拓扑方案的正确性以及控制策略的可行性。结果表明,控制策略可以在发生三相短路故障时及时补偿电压,提高交流系统侧的可靠性。     

基于准Z源的多电平光伏并网控制系统研究

为了克服组串式光伏系统在部分遮挡条件下无法向外输出最大功率的问题,以准Z源逆变器为光伏逆变的基础拓扑,用模块化级联式多电平光伏逆变器结构,构建了一套可实现模块级最大功率点跟踪的光伏并网系统。与传统DC—DC级联DC—AC的光伏逆变器结构相比具有有源器件少、能量转换级数低、可靠性高等优点。文中阐述了基于准Z源逆变器的级联式多电平光伏并网系统的工作原理,并给出闭环控制策略,提出采用功率电流双闭环结构实现准Z源多电平逆变器并网控制,通过功率控制环保证准Z源网络直流侧电压恒定,电流控制环用于控制入网电流波形,减小并网谐波电流,提升并网质量。仿真结果验证了所述控制方法的有效性。     

基于模块化多电平的光伏逆变器仿真

针对大规模太阳能发电厂并网系统,采用模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)设计三相光伏并网逆变器,满足多组太阳能电池板组成的阵列接入电网的要求.详细研究了MMC光伏并网逆变器触发方式及电容电压平衡策略.介绍了基于MMC的光伏发电系统结构,并建立其直流回路方程,提出利用多组三角载波与参考波比较生成触发脉冲,同时根据电容电压进行排序,再将触发脉冲依次分配给各桥臂子模块,保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等.详细分析了桥臂电容电压周期性、波动性,采用双闭环比例调节器控制电容电压跟踪给定,明显减小了各桥臂电容电压波动范围,提高了一致性和系统输出波形质量.最后,利用MATLAB对所提出的触发方式、电容电压平衡策略及基于MMC结构的光伏系统进行了仿真验证,输出电流波形平滑且具有较高的动态响应性能.仿真结果表明所采用方法正确、有效.     

30kW光伏并网逆变器研究

光伏并网发电是太阳能发展的必然趋势,而光伏并网发电系统的核心是并网逆变器。对光伏并网逆变器的工作原理进行了分析,并搭建了光伏并网逆变器的数学模型。提出采用电流内环和电压外环的双闭环控制策略,在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了30 kW光伏并网逆变器的仿真模型。仿真结果表明,该模型能够快速准确地实现最大功率跟踪并且能够实现单位功率因数并网。     

新型多电平光伏并网逆变器控制策略研究

传统多电平逆变器受其复杂电路拓扑的制约在光伏系统中应用较少。将一种简化的新型五电平逆变器应用于并网系统,并对其拓扑结构和工作原理进行了分析。为降低开关频率引起的电流谐波,采用T型滤波器对输出电流进行滤波;同时采用电容电流内环,并网电流外环的双闭环控制策略来消除T型滤波器对并网逆变器系统带来的不稳定因素。鉴于传统电网电压前馈的PI控制在跟踪正弦信号时存在稳态误差和抗干扰能力差等缺陷,在并网电流外环中采用改进型比例谐振(PR)控制器,在减小稳态误差和实现单位功率因数并网的同时,针对特定次谐波进行补偿,无需电网电压前馈,有效避免了电网电压畸变带来的干扰。所设计的系统结合了新型五电平逆变器和双闭环控制策略各自的优点,仿真结果验证了其正确性和有效性,凸显了将该拓扑结构与所用控制策略相结合的优越性。     

单级模块化多电平光伏并网逆变器研究

提出了基于模块化多电平变换器(MMC)的光伏并网发电系统的单级双闭环控制策略。电压外环为电流内环提供与电网同相位的并网参考电流,电流内环采用比例谐振(PR)控制器以实现并网电流的无静差调节。采用增量电导法完成最大功率点跟踪(MPPT)任务,基于反馈控制的思想,通过对各子模块的参考电压进行微调,实现电容电压平衡控制。该光伏逆变系统的拓扑结构不仅具有高度模块化和用户定制的优点,而且能适应一定范围的光伏电池电压波动。实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。     

光伏并网逆变器及其低电压穿越技术

从光伏并网逆变器拓扑结构和工作原理入手,建立其数学模型,并对光伏并网逆变器在同步旋转坐标系下基于电网电压定向矢量控制的电压外环、电流内环双闭环控制策略进行了分析。阐述了光伏并网发电系统低电压穿越（LVRT）原理和相应的控制策略。利用Matlab/Simulink软件搭建了光伏并网发电系统仿真模块,给出了仿真波形。仿真结果表明,该方法能保证并网点电压跌落时光伏并网逆变器不过流,并根据电网电压跌落深度发出一定的无功电流来支撑并网点电压,使逆变器继续并网运行,从而提高了LVRT能力,为光伏逆变器在光伏电站中的应用提供可靠的理论依据。     

T型三电平并网逆变器的设计与实现

本文以DSP芯片TMS320F28035为控制核心设计了一台T型三电平并网逆变器,对逆变器基于PI电压外环和PR电流内环的双闭环控制进行说明,并详细介绍了主电路系统和控制系统的元器件选型与设计方案。并网实验结果表明,该逆变器输出电流稳定且相位对称,谐波失真度低,满足逆变器并网所需达到的电能质量要求,证明了逆变器设计参数的合理性与控制方案的可行性。     

一种新型多电平逆变器在光伏并网系统的应用

传统光伏并网逆变器多采用二电平逆变器,多电平逆变器受其复杂电路拓扑的制约在光伏系统中应用较少.在传统五电平逆变器拓扑基础上,提出一种简化的H桥五电平单相光伏逆变器.该逆变器采用特定谐波消除法调制控制方案,系统并网电流采用模糊PI自整定控制方法,输出电压和电流具有较低的谐波和du/dt,改善了系统稳定性,提高了系统动态响...     

一种新型光伏并网逆变器控制策略

分析了导抗变换器的特性，详细推导了整个系统各点电压、电流，提出一种新颖的三角波-三角波调制方法，该控制策略克服了采用传统正弦波-三角波调制方法带来的并网电流谐波含量高、功率因数低的弊端。将导抗变换器和光伏并网逆变系统有机结合在一起，利用导抗变换器的电压源-电流源变换特性，将光伏电池阵列的直流电压变换为正弦包络线的高频电流，经过高频变压器隔离和电流等级变换，得到的高频电流再经过高频整流桥及工频逆变器逆变后并入电网，实现了电流源并网。相对传统的电流源型并网发电系统，采用该方法不仅省去了串联电感，而且用高频变压器取代了工频变压器，有利于实现装置小型化和降低成本。另外，利用电网电压过零信号控制工频逆变器，保证了并网电流和电网电压同步，进一步提高系统功率因数，实现正弦电流并网。通过实验证明了该控制策略的可行性，该方法非常适合分散式家用光伏并网发电系统。     

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

基于PSCAD的电网电压不平衡情况下光伏并网逆变器控制策略的研究

为了实现光伏并网逆变器在电网电压不平衡情况下能够输出平衡的三相电流,建立了电网电压三相不平衡情况下光伏并网逆变器的数学模型,分析了采用传统同步旋转dq坐标系下PI控制策略的缺点,在研究同步旋转正负序坐标系下双dq-PI控制的基础上,给出了一种改进的dq-PI控制策略。在PSCAD环境下,对传统PI控制策略和改进的dq-PI控制策略进行了对比验证,仿真结果表明光伏并网逆变器采用改进的dq-PI控制策略能够得到三相平衡的输出电流。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

新型模块化多电平换流器的设计与应用

随着电力系统电压等级的不断升高,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)桥臂中串联的子模块数量增多,硬件成本升高,制约了其在直流输电系统中的发展.针对这些问题,通过分析多电平换流器和现有的阶调式模块化多电平变换器(Gradationally Controlled Modular Multilevel Converter,GC-MMC)的工作原理,提出了一种新型的换流器.为了解决新型逆变器的电容电压平衡问题,提出了一种适用于新型逆变器的新型稳压算法.最后在Matlab/Simulink环境下搭建了双端标幺值控制的柔性直流输电系统,将新型逆变器应用于系统中进行了验证.仿真结果表明,新型换流器输出电平数量比普通MMC多,输出交流侧和直流侧的波形质量达到直流输电要求.通过对新型逆变器和普通MMC分别进行成本计算,结果表明新型逆变器的建设成本大大少于普通MMC.     

基于LCC-MMC的混合直流输电系统优化控制方法

混合直流输电系统常会出现不同类型的故障,传统控制方法的故障处理时间过长,对此,研究基于换相换流器（LCC）和模块化多电平换流器（MMC）的混合直流输电系统优化控制方法。根据系统结构特征绘制拓扑结构图,建立LCC数学模型和MMC数学模型;利用三角星型接法和星型接法控制整流侧直流电压,实现整流侧LCC的优化控制;利用电压源逆变器（VSC）双闭环控制器对逆变侧MMC进行优化控制;通过从系统直流侧直接充电,减少中间电流转接过程,利用MMC数学模型计算电压调制波,实现均衡电压,控制系统稳定运行。仿真结果表明,应用所提方法可以在5 s内控制整流站交流故障,面对直流线路单极故障问题,所提方法在5 s内快速反应,将LCC和MMC的电流控制在稳定的区间内,同时对三组电流的控制均有较好的效果,能够实现混合直流输电系统优化控制,快速解决输电系统故障。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

基于自抗扰控制技术的MMC环流抑制器

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）是一种新型的电压源换流器,已经成功应用于高压直流输电领域,发展前景广阔,然而桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性和损耗,对环流进行抑制是MMC工程应用必须解决的问题。考虑到系统非线性、鲁棒性和动态性能的要求,引进自抗扰控制（active disturbance rejection control, ADRC）技术,基于自抗扰控制技术设计了一种MMC环流抑制器（circulating current suppressing controller, CCSC）,所设计环流抑制器对MMC的环流详细模型依赖小,并具有优异的适应性和鲁棒性。最后通过在PSCAD/EMTDC环境下建立的两端MMC系统,仿真验证了所提出的环流抑制器的有效性。     

基于SVPWM的光伏无功控制研究

针对光伏并网发电过程中无功功率的补偿问题,以光伏并网逆变器主电路结构为基础,提出了一种基于空间电压矢量脉冲调制法的能同时实现并网发电和无功补偿的控制方法。分析了无功补偿控制原理与双向PWM逆变器的空间矢量算法,充分发挥空间电压矢量脉冲调制法电压利用率高、动态响应快的优点,使光伏并网发电系统既可与电网之间进行能量的双向流动,又能提供电网所需的无功功率,最后通过实验验证所述控制策略的有效性。