直驱风电机组并网变流器预充电电路设计方法优化

直驱风力发电机组的全功率变流器并网前直流母线电容处于完全放电状态,为了避免并网时的大冲击电流对网侧断路器、母线电容等产生损害,需要设计预充电电路在变流器调制前将直流母线电容充电到一定的电压值。本文在分析了常见预充电电路缺点的基础上,对三相和单相全桥预充电电路原有设计方法进行优化,并用仿真结果验证了改进后方法的准确性。另外,对于直流母线电容容量较大的变流器,推荐了一种低功耗电容式预充电电路。     

新型基于NLC法的MMC-HVDC预充电控制

在柔性高压直流输电系统(MMC-HVDC)正式运行之前,为减小瞬态冲击电流,需要一定的预充电控制策略对子模块电容进行充电。为解决这个问题,提出一种新型基于最近电平逼近控制法(NLC)的MMCHVDC预充电控制策略,该策略采用NLC法无需额外附加电路便可完成MMC-HVDC系统的预充电。基于理论分析搭建调试了10 kV·A的仿真模型及实验平台,二者结果均表明,所述预充电控制策略能够有效减小MMC-HVDC启动过程中的瞬态冲击电流。     

有源中点钳位五电平逆变器悬浮电容预充电控制策略

有源中点钳位五电平（ANPC-5L）拓扑是一种适用于中高压变频驱动的新型拓扑结构。现有ANPC-5L逆变器悬浮电容预充电方法具有简单可靠、不需要外部充电电路等优势,但也存在开关管电压应力过大、强制互补的开关管直通等不足。针对此问题,该文提出一种悬浮电容预充电控制策略,通过在交流侧布置预充电电阻,即可实现直流侧支撑电容和桥臂内悬浮电容同时预充电,预充电过程中既可以确保支撑电容中点电位为母线电压的一半,也可以确保各桥臂悬浮电容电压为母线电压的四分之一。该文分析预充电过程的等效电路,推导预充电过程中电容电压的时域解析表达式,得出预充电电路参数设计的理论依据。通过电路仿真,对所提预充电控制策略进行了验证,同时在一台功率等级为100kW的ANPC-5L逆变器样机上对所提控制策略进行了实验验证。     

混合型模块化多电平换流器启动冲击电流特性分析及控制策略

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半桥型和全桥型子模块预充电电压特性及其等效电路,提出两类模块电容电压计算方法。利用全桥型子模块负电平输出特性,提出一种交流侧受控充电启动策略,能够在电容欠电压条件下避免换流器过调制从而抑制冲击电流。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了换流阀启动特性的正确性和所提出的启动控制策略的有效性。     

采用二次预充电技术的PWM变换器并网控制

新能源脉冲宽度调制(PWM)变换器的预充电回路对直流电容充电至额定电压的80%左右,其后进行软并网控制。并网解锁瞬间通常存在较大的冲击电流,特别是在弱电网条件下,并网瞬间容易引起过流。提出一种采用二次预充电的新型并网控制方案。首先通过二极管充电至直流电压的80%左右;此后进行电压开环控制,二次预充电至直流电压额定值左右。在直流额定电压下,进行软并网控制可减小暂态冲击电流。搭建了背靠背型变换器的实验测试平台。测试结果表明,所述方案能够充电至直流额定电压,并减小了并网期间的冲击电流与开关器件损耗。     

全桥MMC型融冰装置充电启动策略研究

本文针对MMC型直流融冰装置提出了一种新的充电启动策略,以减小装置启动时的冲击电流.通过对启动过程中子模块充电各阶段进行分析,研究了子模块直流电容电压和启动电流的相互关系,得出无冲击电流的子模块电容电压的最小值.提出了一种启动冲击电流小、安全可靠的启动策略.对这种启动策略进行了理论分析,推导了启动过程的解析公式,得出了理论最大充电功率,在减小冲击电流的情况下,启动时间最短.并在一台全桥MMC型融冰装置上实施.实验效果与之前通用启动策略仿真数据相比,大大减小了的MMC装置启动充电过程中的冲击电流的幅值,提高了设备运行的可靠性,验证了该启动控制策略的优越性.该技术对MMC柔性直流输电的启动策略也具有参考价值.     

MMC-HVDC通用启动控制策略研究

在基于模块化多电平换流器高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。以电容电压实时排序算法为基础,分析了换流器不可控充电阶段特性。在可控阶段,根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了子模块的开环预充电方案,该方案适用于不同类型子模块且无需PI参数整定。最后,在Matlab/Simulink中搭建换流站预充电模型对所提策略进行验证。     

MMC-HVDC电容协同预充电控制策略

为预测基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)电容预充电的准确时间并实现子模块电容的额定充电,考虑冗余子模块在内,提出了一种启动预充电和停机过程都适用的协同调制策略。首先,建立了模块化多电平启动预充电不可控阶段的动态数学模型,并据此修正了不可控阶段直流电压的表达式以及启动限流电阻选取的表达式。其次,分析了换流器解锁瞬间存在冲击电流的原因,调整了限流电阻的切除时间,从而较好地抑制了解锁时刻的冲击电流。再次,针对换流器子模块级联的特点,提出了一种模块协同直流电压的调制策略,该策略解决了换流站直流电压和子模块电容电压的匹配问题。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了MMC-HVDC预充电仿真模型,对所提调制算法进行了仿真验证,结果表明,随着直流电压从Up开始升至Udc0期间逐渐将每相投入子模块数目从T(每桥臂子模块数目)下降至N(额定投入运行数),可以将子模块电容电压充电至额定值。     

光伏汇集系统经过混合型MMC并网优化启停控制策略

针对光伏直流升压汇集并网系统,基于半桥全桥混合型模块化多电平换流器(MMC),分析了系统预充电启动过程及停机过程。启动过程中,不控充电阶段半桥子模块及全桥子模块电压不能同步上升,且直流母线电压过低,分析了其原因并且给出了软启动方案。停机过程中,采用MMC系统的传统分组放电策略,放电初始时刻及放电组别切换时刻会产生较大的冲击电流。提出了停机过程中加入能量分配阶段,可大幅度降低直流母线电压值,从而可降低放电电阻值和耐压等级。放电阶段采用了均衡放电策略,配合能量分配阶段,有效抑制了上述冲击电流。最后,通过MATLAB/Simulink搭建了基于混合型MMC的光伏直流升压汇集系统,验证了系统启停控制策略的有效性。     

基于H-MMC的闭环预充电控制策略研究

六边形模块化多电平变流器(hexagonal modular multilevel converter,H-MMC)作为一种直接AC/AC变流器，在中压大功率电机驱动领域具有广阔的应用前景。然而，由于H-MMC子模块众多，如何将子模块电容充电至其额定值成为亟待解决的关键问题。通过对H-MMC拓扑结构特点和充电回路进行研究，提出了一种闭环预充电控制策略。根据设定的充电功率计算电网电流参考值，基于H-MMC数学模型推导出桥臂电流参考值。采用准PR控制对桥臂电流进行跟踪以实现H-MMC的恒流充电。均压控制保证子模块电容电压的一致性。基于Matlab/Simulink搭建的预充电对比仿真结果表明所提策略具有充电时间可控、无冲击电流、一致性好的特点。最后，通过H-MMC小型样机验证了所提闭环预充电控制策略的可行性。