基于混合谐波与附属电压的MMC变频运行方法

针对模块化多电平变流器(MMC)在变频运行状态下子模块电容电压存在剧烈脉动、桥臂电流以及输出电流出现严重畸变的问题,提出一种基于混合谐波注入与附属电压能量控制的MMC变频运行控制策略。该策略从MMC桥臂能量出发,通过将注入混合谐波的高频共模环流与方波高频共模电压相结合,抑制子模块电容电压脉动并降低桥臂电流开关应力和系统损耗。同时,还引入了附属电压能量控制,实现了三相桥臂能量的均衡控制,简化了额外的环流控制器,改善系统的稳定性。最后通过实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

面向独立供电系统的四桥臂电流源变流器3D-SVPWM方法

针对传统电流源变流器的调制方法无法实现三相四桥臂电流源变流器在不平衡负载下的三相电压平衡控制,且会有较高的共模电压的问题,提出了一种三相四桥臂电流源变流器的三维空间矢量脉宽调制（3D-SVPWM）方法,并将其应用于三相四线制独立供电系统。首先,定义了三维电流空间矢量,分析了不同电流空间矢量对应的共模电压。其次,提出了判断参考矢量所在四面体的方法。然后,通过优化空间矢量顺序,提出一种低开关动作次数下有效减小共模电压的空间矢量顺序。最后,实验表明所提3D-SVPWM方法能够实现三相四桥臂电流源变流器在不平衡负载下的三相电压平衡控制,且能有效降低共模电压。     

面向独立供电系统的四桥臂电流源变流器-方法

针对传统电流源变流器的调制方法无法实现三相四桥臂电流源变流器在不平衡负载下的三相电压平衡控制,且会有较高的共模电压的问题,提出了一种三相四桥臂电流源变流器的三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)方法,并将其应用于三相四线制独立供电系统。首先,定义了三维电流空间矢量,分析了不同电流空间矢量对应的共模电压。其次,提出了判断参考矢量所在四面体的方法。然后,通过优化空间矢量顺序,提出一种低开关动作次数下有效减小共模电压的空间矢量顺序。最后,实验表明所提3D-SVPWM方法能够实现三相四桥臂电流源变流器在不平衡负载下的三相电压平衡控制,且能有效降低共模电压。     

非隔离型交直流变换器共模解耦控制研究

非隔离变换器高频开关及直流网不平衡负载使得系统产生高、低频共模电压,从而威胁设备及人身安全。建立了交直流接口双向AC-DC变换器共模等效模型,研究了交直流共地连接方式对高频共模电压抑制的性能。在直流侧引入中线桥臂,详细研究中线桥臂抑制低频共模电压的工作原理,并提出基于虚拟阻抗法及中线电流抑制的复合控制策略,以产生对称的双极直流母线电压,实现共模解耦。通过实验进行了验证,结果表明,提出的复合控制策略可消除共模电压和漏电流,且在交直流共地的变换器中具有良好的应用前景,从而证明了拓扑和控制的有效性。     

三电平四桥臂光伏逆变器漏电流抑制研究

为了解决非隔离型光伏逆变器的漏电流问题,提出一种适用于三相三电平四桥臂逆变器的漏电流抑制方案。建立了三相三电平四桥臂逆变器系统的共模模型,分析了不同开关状态下共模电压的幅值及系统漏电流影响因素,进而提出一种基于双载波调制的新型载波调制策略。该调制可以实现共模电压恒定,从而有效抑制漏电流。最后,搭建了TMS320F28335DSP+XC3S400FPGA数字控制硬件实验平台,对提出的新型载波调制进行了实验研究,实验结果验证了所提方案的有效性。     

MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制

当模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统子模块发生故障时,上、下桥臂处于不对称运行状态,此时会导致上、下桥臂子模块输出电压之和不均衡,造成换流器内部环流不仅含有二倍频负序分量,还增加了基频分量,导致直流侧电流波动。基于MMC桥臂子模块不对称运行时平均开关函数,阐述了上下桥臂子模块数目不对称运行时子模块数量不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和,以及桥臂电流基频分量与桥臂正常运行子模块数量、环流直流分量和二倍频分量之间的关系。提出一种MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制策略,在实现交流电流跟踪、子模块电容电压均衡的同时,可以实现故障时对环流基频和二倍频成分的抑制,使正常运行子模块电压维持在给定值附近,维持直流侧电流稳定。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于四桥臂共模抑制的逆变器矢量调制策略

此处详细分析了三相三桥臂逆变器共模电压的产生机理,指出了通过构建第4桥臂形成的三相四桥臂拓扑结构在共模干扰抑制方面的有效性;给出了基于第4桥臂共模干扰抵消的三相逆变器脉宽调制(PWM)策略及其开关函数计算方法,并将其应用于电感电流的谐波特性分析计算。最后通过构建额定容量为26 kVA的三相三桥臂/四桥臂逆变原理样机实验证明了上述理论分析对于共模电压抑制及电感电流谐波计算的正确性。     

新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略

并联交错型变换器(parallelinterleavedmultilevel converter,PIMC)是在多变换器并联结构基础上发展而来的新型大功率变换拓扑。目前,PIMC通常采用耦合式桥臂电感以便于均衡各桥臂电流,对电感设计的要求高且扩展性较差,因此考虑采用分立式桥臂电感,但现有调制策略存在难以均衡桥臂电流、算法实现较为复杂等问题。针对这些问题,推导PIMC各桥臂输出电流变化量与桥臂开关函数的动态表达式,进而从保证电流动态平衡的角度出发,提出易于实现的桥臂输出电流排序均衡方法,并结合其实现方式设计了桥臂统一脉宽调制策略。该策略能够有效控制PIMC各桥臂输出电流均衡,在占用较少控制器资源的情况下获得良好的输出谐波特性,易于向任意电平数扩展。最后,基于大功率MATLAB/Simulink仿真及小功率平台实验结果,详细分析了PIMC的内、外部特性,验证所提调制策略的正确性和有效性。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

一种新型超导储能多模块并联的电流型多电平变流器

提出一种新型的超导储能多模块并联的电流型多电平变流器结构,该类拓扑结构是由多个三相六开关变流器模块和若干个分流电感组成,通过分流电感将直流侧总电流分成若干个电流等级来获得多电平的输出电流。为说明新拓扑的工作原理和结构性能,文中针对该类5电平变流器电路的开关状态、均流方法以及SPWM调制策略均进行了详细的分析。结果表明,该类拓扑具有冗余开关组合,并且变流器直流侧分流电感电流的均衡问题可以通过检测电感电流大小以及交流侧线电压极性来选择合适的冗余开关组合得以解决。文中采用载波相移SPWM技术对新拓扑进行调制,使得该类变流器在较低的开关频率下获得输出等效高频载波的效果,最后给出了该类5电平变流器的实验结果。     

采用载波移相调制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的底层控制策略,研究载波移相调制(carrier phase-shift modulation,CPSM)方法及相应的直流电容电压平衡控制策略。首先,以桥臂为单位设计CPSM策略,推导出保证桥臂输出特性不变的约束条件;其次,从理论上分析控制子模块直流电容电压的原理,揭示出桥臂的能量自然平衡状态,进一步提出电容电压的附加平衡控制。在10 kVA实验室样机上进行的稳态和动态实验,验证了所提控制策略的有效性。CPSM结合电容电压附加平衡控制方法,可以使各子模块的开关频率确定,不引起额外的开关损耗,并能够避免计算量过大的问题。     

直流侧电压波动对MMC的环流影响机理分析及抑制方法

在基于模块化多电平换流器(MMC)的直流配电系统中,直流母线电压波动会在换流器内部激发环流.为了研究环流产生的机理,结合开关函数,对子模块电压波动和内部环流进行数学推导,得出环流幅值和频率的传导规律,并给出环流的解析表达式.为消除此环流的影响,基于快速全局最小二乘子空间旋转不变(TLS-ESPRIT)和比例积分?矢量比例积分(PI-VPI)设计了一种自适应环流抑制控制器.通过改变MMC调制函数来调节桥臂电压,使其跟随直流母线电压波动,从而实现环流抑制.在MATLAB/Simulink平台上进行仿真,结果验证了直流电压波动对MMC的影响机理的正确性,且所提控制策略将环流幅值抑制到原幅值的3.2％～～4.5％.     

一种模块化多电平换流器交流侧预充电可控充电策略

为解决模块化多电平换流器在充电阶段过渡时易出现的电流过冲问题以及因不当投切引起的模块过充问题,深入分析了换流器内子模块电容的预充电过程,并根据子模块电容的充电特点提出了一种适用于可控充电阶段的有源交流侧均衡控制充电策略。通过母线电压定斜率控制固定上、下桥臂的子模块投切数目,避免数目突变。同时在充电过程中为使各臂子模块电容电压可准确跟踪其参考值,考虑了环流压降对桥臂子模块充电的影响,引入环流稳压控制环节对臂间子模块投切比例进行动态微调,从而保证子模块充电效果,提高相间充电一致性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端有源换流器预充电仿真模型验证了上述充电策略的有效性,该策略控制下电容电压及直流母线电压平稳抬升,系统实现由不可控充电阶段到可控充电阶段的安全过渡。     

并联换流器高压直流输电系统控制策略

随着中国高压直流输电技术的发展,在直流工程分期建设和融冰方式运行方面,并联换流器结构受到越来越多的关注。文中详细分析了并联结构的四端直流输电系统特点,提出了整流站定直流电流控制、逆变站定直流电压控制且附加直流电流平衡控制功能的多端直流系统协调配合方式。该方式不仅最大程度地保持了双并联直流系统的相对独立性,简化了多端直流系统控制策略的设计,而且可以实现并联换流器间功率的灵活分配。由于换流器的并联和解并联是系统运行的关键技术,文中提出了详细的第二换流器解锁及第一换流器闭锁控制策略,并基于PSCAD/EMTDC搭建了四端并联直流系统的详细控制策略模型,验证了所提控制策略的有效性。     

MMC-STATCOM的2N+1单载波调制方法

合理的多电平调制策略及模块电容电压平衡控制是保证MMC-STATCOM安全可靠运行的基础。针对MMC-STATCOM无直流侧功率传输的特点,提出一种适用于MMC-STATCOM的单载波调制策略,其特征在于上、下桥臂调制波与同一载波进行比较,得到移相的上、下桥臂的模块投入数,实现2N+1电平的输出电压,从而提高补偿电流波形质量。同时,为保证变换器的稳定运行,提出一种基于功率模块开关状态反馈的电容电压平衡控制方法,无需模块电容电压排序,而且避免繁复的功率模块开关状态判断,有效降低控制系统复杂度。最后通过实验验证了所提调制策略的有效性。     

新型模块化高压大功率DC-DC变换器

针对高压大功率场合下的直流电压变换需求,提出了一种新型模块化DC-DC变换器。该变换器开关频率低、损耗小,内部无线圈,结构简单,采用模块化设计易于扩展,且控制方式简单,适用于电压等级高、传输容量大的直流输电场合。分别设计了单向DC-DC变换器和双向DC-DC变换器,阐述了2种变换器拓扑结构、工作原理以及控制方式,并通过对比介绍了新型变换器的优势。PSCAD/EMTDC环境下的仿真实验表明,新型DC-DC变换器可以很好地实现直流变压功能,直流电压电流波形理想。     

新型模块化多电平变流器 在电力系统无功补偿中的应用研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平电压源变流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成。随着子模块增加,其空间矢量调制算法也越来越繁杂。提出一种基于60°坐标系下MMC任意电平逆变器的空间矢量脉宽调制通用算法;并将模块化多电平变流器并联接入电力系统中实现无功补偿技术,实现了内环解耦控制和外环的子模块电容电压平衡控制,最后通过仿真结果验证了60°坐标系空间矢量脉宽调制算法和该无功补偿装置控制算法的正确性和扩展性。     

Line-to-line Voltage Space Vector Modulation for Neutral-point Clamped Multi-level Converter with DC-link Capacitor Voltage Balancing Using Redundant Vectors

This article presents space vector modulation of line-to-line voltage for the three-phase neutral-point clamped n-level converter with DC-link capacitor voltage balancing using redundant vectors. The developed modulation strategy is based on an equivalent matrix structure of the neutral-point clamped n-level converter. The relation between the 3 × (n – 1) switching functions of the matrix converter and gate signals of transistors of the neutral-point clamped n-level converter is given. A line-to-line space vector modulation strategy for a matrix inverter is used to obtain the switching function. For one switching function, there is more than one combination to produce each output voltage. Thus, redundancies of different switch configurations for generation of intermediate voltages are used to limit the deviation of capacitor voltages. The gate signals of the neutral-point clamped n-level converter can be calculated by inversing the modeling parts. Here, line-to-line voltage space vector modulation for a neutral-point clamped n-level converter is designed without using a Parks transform. Moreover, n × (n – 1) redundant vectors are used for DC bus voltage balancing. To highlight the performances of the developed modulation strategy, simulation results are given for five- and seven-level neutral-point clamped converters. Experimental results are given for a neutral-point clamped three-level converter.     

两相并联LCL-nT谐振型多路均流LED驱动器研究

针对大功率发光二极管(LED)应用场合下需要多路输出及各路电流均衡的问题,提出一种具有多路输出均流的两相并联LCL-n T谐振型电路拓扑结构,详细分析两相并联LCL-nT型谐振变换器的恒流特性、多路并联输出的均流特性以及移相调光控制策略;推导出恒流工作频率表达式和能够实现多路均流的负载范围,并对谐振网络的阻抗特性和电压增益特性进行了分析,在此基础上给出一种兼顾输出功率和开关管零电压开关(zero voltage switching,ZVS)的参数设计方法。最后设计1台200 W的实验样机,实验结果验证了所提出的电路拓扑具有良好的恒流特性和均流特性,并且能实现对LED的全范围调光。