模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在 MATLAB‐Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。     

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电平数选择研究

为分析模块化多电平换流器型直流输电拓扑的输出电压电平数选取原则,在采用基波频率调制方式的基础上,分析了影响换流器输出电压电平数的三个关键因素,即控制器触发频率、子模块个数和电压调制比。推导了影响电平数的两个控制器触发频率临界值,并得出了换流器输出电压总谐波畸变率与上述三个影响因素的关系曲线,为选择MMC-HVDC系统的电平数提供了理论依据。通过PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了该模型的合理性及上述电平数选择原则的正确性。     

模块化多电平换流器型直流输电电平数选择研究

为分析模块化多电平换流器型直流输电拓扑的输出电压电平数选取原则,在采用基波频率调制方式的基础上,分析了影响换流器输出电压电平数的三个关键因素,即控制器触发频率、子模块个数和电压调制比.推导了影响电平数的两个控制器触发频率临界值,并得出了换流器输出电压总谐波畸变率与上述三个影响因素的关系曲线,为选择MMC-HVDC系统的电平数提供了理论依据.通过PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了该模型的合理性及上述电平数选择原则的正确性.     

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.     

基于中压直流配电网的MMC调制策略研究

模块化多电平换流器已在直流输电场合得到广泛研究,现今为止已取得不少工程应用。文中介绍了模块化多电平换流器及其子模块的拓扑结构和工作原理。搭建了基于PSCAD/EMTDC的两端模块化多电平换流器仿真系统,实现了两种最常用的调制策略的比较。比较了不同调制方式下两端系统逆变侧输出电压、输出电流、A相桥臂电流及各桥臂子模块的电容电压波动情况。对模块化多电平换流器在中压直流配电网中的工程应用有一定参考价值。     

基于双调制波的MMC载波调制策略

针对运行在低开关频率下的模块化多电平换流器(MMC)在传统载波调制中存在的输出电压总谐波畸变率(THD)高、子模块电压脉动幅值大等问题,提出了一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略.将两个调制波的载波进行反相,以实现桥臂电平两倍的等效开关频率输出,降低输出电平的低频谐波分量.为尽可能减小排序均压控制过程中所导致的子模块电容电压过充及过放,通过无差拍预测定量分配控制误差最大的子模块的充放电投切时间以减小幅值波动.最终通过17电平MMC硬件以及仿真平台对桥臂输出电平频谱分布、子模块电压幅值脉动及幅值方差、输出电压THD进行对比研究.仿真和实验结果均表明DMWPWM策略可有效降低输出电压THD,并减小桥臂中的子模块电压幅值方差.     

混合级联多电平逆变器混合频率载波调制技术

针对于Ⅱ型混合级联型多电平逆变器混合调制中,输出电平切换时出现的低压单元直流侧电流倒灌问题,提出了一种改进的混合频率载波调制策略.该策略采用频率相差1倍,且幅值相同的6个层叠载波对正弦调制波进行混合调制,兼顾了低压单元和高压单元的性能,在保障输出电压波形质量的同时,完全解决了电流倒灌问题.以Ⅱ型混合级联七电平逆变器为例,在给定相关参数下对该策略进行了仿真和实验验证,研究结果表明该策略下逆变器相电压和线电压总谐波畸变率分别为19.90％和17.34％,谐波主要分布在载波比两侧,直流侧电流倒灌问题被完全消除.     

单元串联多电平变频器脉宽调制方法分析

对多电平变频器不同的拓扑结构进行比较,研究分析单元串联多电平变频器的几种不同的调制策略。采用载波移相控制,通过Matlab仿真,分析调制比M变化时对输出相电压、线电压的影响以及谐波总畸变率的变化。     

多电平逆变器多载波PWM调制策略的研究

介绍了多电平逆变器的思想,对多电平逆变器不同的拓扑结构进行了比较,研究和分析了用于多电平逆变器不同的多载波PWM调制策略.通过对未滤波的逆变器输出电压的谐波分析,对不同调制方法在线性调制区的谐波特性进行了比较.同时,也提出了一种混合的调制策略.分析了不同调制策略在不同的电平数下所具有的特性.讨论了逆变器电平数的增加对于输出电压频谱的影响,也研究了过调制对于输出电压频谱的影响.     

模块化多电平变流器(MMC)两种调制比较

模块化多电平变流器(MMC)在子模块数较少的情况下,其输出电压谐波成分较大,因此通过优化调制方式来改善输出电压的谐波成分具有重要意义。首先回顾了基于电容电压排序的直接调制法和基于载波相移的调制法的原理,重点对两种调制方式下的输出特性以及桥臂电压进行了比较,最后通过单相MMC平台对两种调制方式进行了实验研究。     

直流配电网中MMC的谐波分析与调制方法设计

将模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）应用于中低压直流配电网时,由于子模块数较少,输出电压低次谐波含量大,电流畸变程度较高,因此为直流配电网中的MMC设计合适的调制方法显得尤为重要。在分析MMC已有的最近电平逼近调制（nearest level modulation, NLM）与载波移相脉冲宽度调制（carrier phase shifting pulse width modulation, CPS-PWM）原理及谐波特点的基础上,提出了基于最近电平逼近的脉冲宽度调制（NL-PWM）方法,并推导了其谐波的解析表达式,给出了MMC调制的设计方法。所提出的NL-PWM方法谐波特性更好,并且均压简单,通用性好,易于与NLM方法相互转换,使MMC可根据实际需求方便地选择输出PWM波或阶梯波。对于中低压MMC,增加模块数和引入PWM波调制均可达到同样的谐波改善效果,文章的谐波分析结果为MMC的调制方法设计提供了理论依据,并引入新的谐波指标,即纯电感负载时电流总谐波畸变率,衡量2种方案的谐波大小。最后给出了6 kV MMC的设计算例,并通过仿真验证了所提出NL-PWM方法的可行性,以及其谐波分析结果的正确性。     

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.     

基于模块化多电平技术的广义有源电力滤波器

为克服传统广义有源电力滤波器(GAPF)的缺点,提出了一种采用模块化多电平技术的GAPF(GAPF/MMC),提高了装置的电压等级和波形质量。详述了GAPF/MMC的拓扑结构、工作原理、控制方法及调制策略,给出了子模块电容电压的平衡方法。试验结果表明,GAPF/MMC在实现综合补偿的基础上可有效降低输出电压的谐波含量和网侧滤波电抗的容量、功耗,适合在高压大功率领域中应用。     

一种混合级联多电平逆变器的研究

文章中首先分析了逆变器的拓扑结构以及在直流端电压比不同的情况下的输出电平数。然后使用不同的调制方法对逆变器进行调制,并比较两种方法的优缺点,包括输出电压以及电流的总的谐波失真比率。最后通过仿真验证了设计的有效性。     

混合型MMC降低子模块电容电压波动的优化策略

模块化多电平换流器（multilevel modular converter，MMC）在高压直流输电（high voltage direct current，HVDC）领域得到了广泛的应用。由半桥以及全桥子模块构成的MMC因具备主动使换流器直流侧输出极间零电压以适应短路故障条件的能力，引起了国内外学者的广泛关注。首先，从混合型MMC的开关函数角度出发，对理想情况下混合型MMC进行建模，建立了子模块电容电压基频、二倍频波动数学模型，并提出单位降容比的概念，研究了调制比对子模块电容电压波动的影响。其次，提出提高调制比的抑制子模块电容电压波动配合策略，有效降低子模块电容电压波动。在此基础上，提出基于三次谐波注入的新增半桥子模块数目优化方法，减少半桥子模块的新增数目，解决了单纯提高变比带来的全桥电容电压降落的副作用。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建双端±160 kV混合型MMC的仿真模型，验证了所提降容策略的正确性和有效性。     

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。     

直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制

传统的单极性与双极性单相逆变调制方法的推演是基于直流母线电压为理想恒定直流量的前提。在实际的单相系统中,交直流功率的耦合使得单相逆变器直流母线电压含大量二倍交流电压频率的纹波分量。若采取传统逆变调制,二次纹波分量又使得交流输出侧的三次谐波含量增加,影响交流输出侧的电能质量。文中采用双重傅里叶变换从理论上对输出电压的谐波特性进行评估,从而提出了一种在直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制方法。利用基于三阶广义积分器的增强型锁相环提取直流母线上的二次纹波分量,并通过在逆变调制系数中注入相反二次分量的方法,达到削弱输出侧三次谐波,降低交流总谐波畸变率的目的。最后,通过实验验证了所提主动调制方法的合理性和可行性。     

中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法研究

简单介绍了中点箝位型三电平变换器SHEPWM的原理,基于M ATLAB的FSOLVE函数解SHEPWM超越方程的方法,绘出了当超越方程个数N=11时的解轨迹曲线,从曲线上分析SHEPWM方法最大调制比可以达到1.15。为了验证上述解轨迹曲线的正确性和研究中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法在不同调制比下的实际消谐波效果和相线电压谐波畸变,用M ATLAB的S IMUL INK图形化工具GU I仿真了各调制比下N=11时候相线电压的谐波畸变,并绘出了相线电压的消谐波效果和输出的相线电压和调制比关系曲线,得知随着调制比增大,实际的消谐波效果越来越好、输出相线电压的谐波畸变率THD也呈快速下降趋势。最后建立了三电平变换器的实验模型,用实验室开发的电力电子数控开发平台控制异步电动机的变频调速。实验结果与仿真结果一致,证实了FSOLVE函数求解的正确性和DSP数控系统控制电机调速的方便性。     

级联式电力电子变压器混合脉宽调制谐波分析及均衡控制

针对基于级联H桥及隔离双向DC/DC变换器的电力电子变压器,提出一种混合工频和高频调制的混合脉宽调制(HPWM)策略。基于波形合成原理及双重傅里叶积分方法,对5电平级联H桥HPWM输出电压频谱表达式进行了理论推导,并与载波移相调制时输出电压谐波特性进行对比。结果表明HPWM输出电压波形仅含有基波与载波边带谐波,在不增加谐波总畸变率的同时可降低系统开关频率。为解决HPWM时各模块开关模式不对称造成的中间直流电压不均衡问题,提出一种前级级联H桥采用开关函数轮换控制与后级隔离双向DC/DC变换器电压反馈加前馈控制相结合的子模块均衡控制策略,有效确保子模块功率及电容电压处于相同的动态变化范围。仿真和实验结果验证了HPWM谐波分析的正确性及所提控制策略的有效性。