基于能量分析的MMC-STATCOM电容电压三级平衡控制

为实现模块化多电平变流器(MMC)作为电网静止同步补偿器(STATCOM)进行无功补偿的目的,同时满足各模块电容电压平衡的要求,可以采用三级能量平衡控制策略。首先对MMC中相与相之间、上桥臂与下桥臂之间、子模块与子模块之间能量变换和转移机理及特性进行了深入分析。详细探讨了影响MMC能量平衡的决定因素;又采用了基于准PR控制器的二倍频环流抑制策略抑制环流;在此基础上,借鉴了三级能量平衡控制策略,实现了电容电压的平衡控制。仿真结果表明:通过对MMC内部能量平衡控制,能够减缓系统遭受相间负载不平衡大扰动后的电容电压波动,从而避免由于三相不平衡所引起的STATCOM脱网运行事故。采用所提的电容电压平衡控制策略可以有效提高MMC-STATCOM的安全稳定运行能力。     

电网电压不对称工况下模块化多电平变换器控制策略

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种适用于电网电压不对称工况的MMC综合控制策略,包括直流母线电压控制、桥臂电容电压控制和交流侧电流控制。其中,桥臂电容电压采用层次化方法控制,在电网电压不对称时,通过调整直流母线功率在MMC三相桥臂间的分配,实现交流侧电流对称。内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和环流的三重控制,在电网电压不对称时无需交流侧三序电流控制器以及三序环流控制器。提出通过在桥臂电流参考值中添加零序电流抑制器,消除由桥臂不对称损耗引入直流母线的基频零序电流。搭建了10k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于双坐标系复合控制的模块化多电平换流器环流抑制方法

模块化多电平换流器(MMC)在中高压直流输电中得到了广泛的研究和应用。三相不平衡交流电网下的功率波动引起MMC三相桥臂能量不均衡,导致内部环流的产生。针对三相不平衡直流输电系统,对MMC内部环流的产生机理进行了理论推导和分析,并根据内部环流的特点,将比例—积分控制与重复控制相结合,提出了一种基于正、负序双同步旋转坐标系下复合控制的环流抑制方法。该方法同时适用于三相平衡和三相不平衡系统。同时,为了提高三相不平衡条件下直流输电系统的波形质量,引入了基于dq解耦控制的负序电流补偿方法。仿真结果证明,无论交流系统侧三相是否平衡,该控制策略对环流都具有良好的抑制效果,同时能够确保系统交流侧的三相电流保持平衡。     

基于模块化多电平变换器的静止同步补偿器桥臂不对称及其控制策略

在高压大容量无功补偿领域,采用模块化多电平变换器(MMC)作为静止同步补偿器(STATCOM)主电路拓扑,目前已经在工程上得到了应用。在模块化多电平变换器上、下桥臂参数不对称时,基频交流分量在上、下桥臂之间分配不均,同时桥臂电流中的直流分量和二倍频分量也会流入交流侧。建立了桥臂参数不对称MMC-STATCOM的交流侧和直流侧模型,分析了不同频率下等效电路中桥臂不对称对稳态电流的影响,提出了抑制基频共模分量及二倍频共模分量并维持上、下桥臂直流电压稳态平衡的控制策略。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

基于3N桥臂的MMC-STATCOM控制方法研究

围绕目前电力系统的无功需求逐渐增大的问题,提出一种基于3N桥臂MMC的STATCOM改进拓扑。该拓扑能够替代传统多STATCOM并联运行模式,降低多MMC之间的协调控制复杂度,有效避免参数谐振、功率振荡和多机并联环流问题,减少系统损耗和成本。通过数学建模分析了3N桥臂MMC的环流特性,针对环流中占有较大比例的二倍频分量设计了一种在d-q负序旋转坐标系下的抑制方法;采用电流直接控制,给出了系统在无功补偿工况下的整体控制方法;通过仿真验证了文中所提拓扑和控制方法的有效性和可行性。     

基于连续控制集模型预测控制的MMC桥臂电流控制策略

模块化多电平变换器(MMC)的桥臂电流控制方法可同时实现交流侧电流控制和环流抑制。连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)是一种时域内基于模型的最优控制方法,动态响应快,可以实现多频带复合信号的准确跟踪。提出一种基于CCS-MPC的桥臂电流控制方法,通过设计模型预测控制(MPC)控制器同时实现桥臂电流直流分量、基频交流分量的准确跟踪和倍频环流的抑制,克服了传统分频控制策略在暂态期间不同控制器相互影响的问题,无须对各个频率信号单独设计控制器,简化控制结构。在此基础上,提出了包含桥臂电流指令值计算、基于MPC的桥臂电流控制和子模块电容电压均压控制的MMC综合控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相MMC仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

桥臂参数不对称MMC的运行与控制

实际工程中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)上、下桥臂参数不可避免地会存在一定的差异,从而导致交流侧电流中出现直流和2倍频分量,直流侧电流中出现基频和2倍频振荡分量,以及不同桥臂间电容电压发生不平衡等一系列问题。为解决这些问题,建立了桥臂参数不对称情况下MMC的解耦控制模型,提出了桥臂电流直接控制策略,有效地改善了参数不对称下MMC的电流控制问题。同时,基于子模块级联串能量模型,提出一种有功环流和无功环流相结合的环流注入方法,在实现上、下桥臂电容电压平衡的同时,确保MMC的端口特性不受内部环流的影响。最后,仿真和实验结果验证了理论分析和所提控制策略的有效性。     

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制。建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计。以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制。仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性。     

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制.建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计.以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制.仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性.     

三相三线制模块化多电平换流器的对称稳态分析及解耦控制

通过对三相三线制模块化多电平换流器(MMC)进行数学建模,得到其网侧电流、环流、直流侧中点电位3个关键电气参量与桥臂电压不同分量之间的对应关系,并在对称稳态下分析了上述电气量所包含的谐波特征分量,提出了MMC网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制方法。仿真结果表明,提出的控制方法简单有效,可实现对网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制;各桥臂电气量保持对称,MMC可保持长期平稳运行。     

基于单星MMC的新型STATCOM及其控制策略

通过分析基于级联半桥子模块双星形结构的模块化多电平变换器(MMC)拓扑,提出了一种基于单星形MMC的静止同步补偿器(STATCOM)拓扑结构,并与级联H桥STATCOM等拓扑进行了比较。该拓扑只采用双星MMC的一半,比级联H桥星形STATCOM节省13.4%的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。采用电流直接控制策略,给出了单星MMC-STATCOM的电容电压多层次控制方案及一种相间电容电压平衡控制改进方案,该方案不需要对零序电压注入量进行复杂计算。此外,还搭建了10kVA实验样机。仿真和实验结果表明,所提的单星MMC-STATCOM具有优良的动静态特性,验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

负载不平衡条件下MMC-STATCOM补偿策略研究

文中介绍了静止同步补偿器(STATCOM)在电网中的无功补偿原理及电压补偿原理,针对传统STATCOM拓扑电平数提升困难问题,采用了模块化多电平换流器(MMC)拓扑的STATCOM补偿负载不平衡条件下的电压。针对传统平衡条件下的控制策略在负载不平衡时控制效果较差的问题,在正负序模型下对此无功补偿器进行分析并提出了采用将电压和电流分成正序和负序分别控制的分序控制策略,用解耦双同步参考坐标系的锁相环技术锁住公共连接点处电压,同时对MMC子模块电容电压平衡采用分布式控制,最后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建五电平静止无功补偿器,通过仿真验证了分序控制策略和子模块电容电压分布式控制策略的有效性。     

基于准比例—谐振控制的MMC-HVDC环流抑制策略

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统三相桥臂之间存在的环流分量,直接影响系统工作特性,增加系统损耗。根据桥臂电流中含有二倍频分量的特性,构建了两相静止坐标系下模块化多电平换流器(MMC)的环流数学模型。为实现正弦输入的无差跟踪,设计了准比例—谐振(PR)控制器实现框图,并基于准PR控制器设计了环流抑制控制策略。相对于旋转坐标系下的环流抑制控制器,所提控制策略无须引入耦合便可实现解耦控制,减小了参数调节工作量,同时无须进行旋转坐标变换,减小了延时,提高了响应速度。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了基于准PR控制的环流抑制策略的有效性。     

基于改进复合控制的模块化多电平STATCOM环流抑制策略

随着电网对无功补偿装置电压等级要求的提高,基于模块化多电平变流器的STATCOM逐渐成为研究热点。本文针对MMC自身运行机理在其桥臂上产生的严重环流问题展开研究。首先,利用开关等效模型建立了MMC变流器的数学模型,并在此基础上分析了环流的产生机理及影响。据此,提出了一种重复控制+比例积分控制的复合控制的环流抑制方法,同时在MMC数学模型的基础上,利用小增益原理对重复控制器的稳定性进行了分析,并给出了衰减函数和超前补偿环节的设计方法。最后,利用搭建的MMC-STATCOM仿真模型对所提环流抑制策略及稳定性分析的可行性和有效性进行了验证。     

高压大功率电网新型MMC-STATCOM结构 直流融冰装置研究

通过改进MMC-STATCOM结构可使其具有直流输出能力,实现高压大功率电网的直流融冰功能。运用三相模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)的公共直流端以及MMC各相之间能量能够相互流动的特点,实现四象限运行,且模块化的设计适合用于高压、大功率的场合。应用耐压高,驱动功率小的电子注入增强栅晶体管(Injection Enhanced Gate Transistor,IEGT)作为功率子模块的开关器件,能够使装置容量得到更好的扩充,实现大电流的直流融冰和大功率的无功补偿功能。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)也为无功补偿提供更准确和快捷的补偿能力。最后利用Matlab等仿真软件搭建三相MMC-STATCOM结构融冰装置仿真模型进行模拟仿真,结果证明此结构在电网中可稳定且快速地运行。     

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。     

基于正负序分离的无功及负序综合补偿控制策略

为了在不平衡负载情况下实现无功和负序补偿,文章采用基于模块化多电平变换器的静止无功补偿器（MMC-STATCOM）同时进行无功和三相不平衡补偿。以正负序分离控制为核心思想,对传统的双坐标系控制方法进行改进,将正、负序分量分别在dq和αβ坐标系下控制。与传统方法比较降低了结构复杂度,提高了控制灵活性。并在电流直接控制方法的基础上,提出一种双极控制方案。仿真结果验证了文中提出的改进方法和综合补偿控制策略的正确性和有效性。     

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。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。     

基于微分平坦理论模块化多电平换流器环流抑制控制方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convert,MMC)三相桥臂相间环流问题,基于微分平坦理论推导出一种环流抑制控制模型。通过分析MMC相间环流的产生本质,根据微分平坦理论的定义,选取系统的输入,输出和中间量,证明了设计出的环流抑制控制器满足微分平坦理论的条件。基于该理论设计的环流抑制控制器,能够大大降低桥臂电流中的环流分量,使其更接近正弦波。最后通过Matlab/Simulink搭建了相应的MMC仿真模型,在未影响MMC外部电压电流的情况下,仿真结果证明了该环流抑制控制模型的有效性,为环流抑制控制器的设计提供了一种新的思路。