不同结构电压源换流器损耗对比分析

IGBT直接串联两电平电压源换流器（2Level-VSC）和模块化多电平换流器（MMC）是目前比较主流的两种柔性直流输电换流器结构,其外特性相似,但损耗特性不同,从而影响两种换流器的经济性和适用场合。基于器件厂商提供的器件特性参数,提出了适用于两种换流器的损耗计算模型。在分析典型调制方式下两种换流器中各器件的工作状态的基础上,详细分析了两者的损耗计算方法,最后通过算例对2Level-VSC和MMC的损耗特性进行了定量的对比分析,结果表明相同工况下两种换流器的损耗特性不同,且各工况下MMC的损耗率低于两电平换流器。     

LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方法研究

直流融冰装置是电网应对冰雪灾害的重要设备,传统晶闸管器件的直流融冰技术存在无功消耗高、谐波含量大等问题,而基于全控器件的融冰技术存在装置容量和经济性不足问题。为发挥2种融冰装置自身优势,设计了一种由电网换相换流器（line commuted converter, LCC）和模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）共同组成的混合型直流融冰装置,其中MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求,设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略;同时,设计了提高装置利用率的复用功能模式。通过MATLAB/Simulink仿真平台构建了LCC-MMC混合型直流融冰装置模型,对不用工况进行直流侧融冰能力及交流侧电流特性的仿真,结果表明,装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。     

模块化多电平换流器损耗分析

模块化多电平换流器(MMC)是目前比较主流的柔性直流输电换流器结构之一。柔性直流输电换流站损耗中换流器损耗占主要部分,详细分析换流器的损耗特性对于系统设计、冷却装置选型以及探求降损方法都有着重要意义。通过分析MMC各开关器件的工作特性,考虑结温、死区时间、驱动电阻等对换流器损耗的影响,提出了一种基于曲线拟合理论的MMC损耗计算方法,并编制了基于Matlab的损耗计算程序,最后通过算例对MMC损耗进行了定量分析,并对各因素对MMC损耗的影响特性进行了分析。     

模块化多电平换流器子模块电流分配关系分析

对适用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流在子模块(SM)内部功率电路中的分配关系进行数学分析,提出SM平均状态方法,建立SM平均开关模型,推导出SM内部平均状态电流的数学解析表达式,得出SM离散电流的主要谐波成分及幅值,并进一步分析了换流器分别在有功和无功运行工况下SM电流的分配关系。试验结果表明,以上分析方法准确可行,该方法可有效应用于MMC柔性直流输电换流器阀SM的器件选型、损耗计算及热设计的理论指导。     

LCC-MMC混合直流输电系统直流回路谐振特性研究

针对一种在整流侧和逆变侧分别采用电网换相型换流器（LCC）和模块化多电平换流器（MMC）的新型混合直流输电系统,提出了直流回路的谐波模型。在整流侧采用三脉动谐波电压源,等效了12脉动换流器的谐波输出特性;在逆变侧使用电容串联电感的无源结构作为MMC直流侧等效电路,同时搭建了输电线路及直流滤波器相应的谐波模型。以单极混合直流输电系统为例,对该直流回路进行阻抗-频率扫描,计算出不同情况下该直流回路的谐波阻抗大小,从而对谐振情况进行判断。仿真结果表明：随着线路长度及滤波器组数的增加,谐振频率均有所降低。     

适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的电路拓扑损耗特性研究

电网异步互联和可再生能源装机容量增加的现实需求,推动柔性直流输电系统已经达到3000MW的级别。当前,受功率半导体器件发展水平所限,需要设计组合式模块化多电平换流器(MMC)拓扑实现柔性直流输电系统的扩容。但是,不同组合方式下系统参数设计以及所适用IGBT器件类型差异很大,这对多变量下的组合式换流器损耗特性研究提出了挑战。本文首先提出了一种单台MMC的损耗计算方法,然后推导了组合式MMC的损耗计算解析表达式。在此基础上,对比分析了采用4500V/1500A和4500V/3000A IGBT器件的情况下,四种适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的组合式MMC拓扑损耗特性。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,四种拓扑中并联式MMC拓扑的损耗最小,验证了损耗特性分析的正确性。     

基于模块化多电平换流器结构的柔性直流控制策略

介绍了模块化多电平换流器(MMC)在高压直流输电系统中应用,比较了各种多电平方案,推导了模块化多电平换流器结构下高压直流控制方案,在此基础上提出一种适用于MMC的高压直流系统中控制策略,利用动模系统对控制策略进行验证,并给出模拟试验结果。试验结果表明,提出的控制策略对柔性直流系统稳定运行有帮助作用,并且能满足柔性直流基本的控制功能方面的要求。     

模块化多电平换流器直流输电系统损耗的计算方法及其损耗特性分析

为了实现柔性输电工程的系统效率评估计算和换流器散热设计,模块化多电平换流器(MMC)的损耗计算非常重要。为此提出了一种MMC损耗的数字计算方法,通过在数字计算程序中复现出一个工频周期内各开关器件脉冲波形和各开关器件的电压波形和电流波形,并根据器件的关键参数得到各开关器件的损耗。利用所提方法可设计专门的计算程序,对基于MMC的柔性直流输电系统在全运行工况的损耗进行了详细的分析计算,并分析了各器件的损耗特性及其差异,以及开关频率和2倍频环流对换流器损耗的影响。     

超模块化多电平直流输电系统MSHE-PWM控制

为优化高压直流输电(HVDC)接入点电能品质,提出一种模块化多电平选择谐波消除脉宽调制(MSHEPWM)方法。MSHE-PWM方法在保持功率器件最低动作频率的基础上,可满足输出PWM波形低次谐波的精确消除。首先,建立了模块化多电平换流器(MMC)拓扑的基本数学模型,指出了子模块(SM)均压控制原理;分析了MSHE-PWM开关角度离线求取原理与实现方式;最后,基于MMC无功补偿实验样机进行MSHE-PWM控制性能验证。实验结果表明,所提MSHE-PWM方法满足低开关频率、无低次谐波等性能指标,验证了其应用于HVDC接入点电能品质优化的可行性和有效性。     

输电系统用STATCOM多电平主回路方案选择

静止同步补偿器(STATCOM)因具有无功输出特性优良、响应速度快、占地面积小等优点,在电力系统中得到了越来越广泛的应用。基于链式多电平换流器和基于模块化多电平换流器(MMC)的STATCOM多电平主回路方案是目前输电系统用STATCOM中最有可能采用的两种方案。文中对这两种方案在设备构成、控制性能、接地方式和电网故障穿越能力等方面进行了对比分析,并得出了链式方案比MMC方案更适合应用于输电系统STATCOM的结论。     

高频谐波扰动下直流电网阻抗模型特征分析

直流配电网故障发展迅速且无固定频率的故障特征分量,因此,其故障特征的准确解析有重要的研究意义。从直流故障状态下系统阻抗特性分析出发,重点研究各类直流换流器的频率-阻抗响应。基于DC/DC变换器和模块化多电平换流器谐波通路,根据元件参数特性进行合理等效与简化,建立了上述变换器的高频阻抗模型。所述模型不受换流器控制策略影响,能够精确反映各类换流器的高频阻抗特性。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。     

MMC柔性直流输电系统换流阀开关频率优化方法

柔性直流输电系统一般采用模块化多电平MMC（modular multi-level converter）换流阀,换流阀开关频率的大小与系统损耗及交流侧谐波含量密切相关。推导了MMC开关频率与系统损耗及开关频率与柔性直流输电系统交流侧谐波含量的数学表达式;分析了MMC开关频率对系统损耗及交流侧谐波的影响规律。在此基础上,为了兼顾柔性直流输电系统的损耗和电能质量,采用遗传算法对开关频率进行了优化设计,根据工程经验对不同的优化目标赋予权值,根据国标要求设置了谐波和损耗的约束条件。仿真算例分析表明,采用优化的开关频率进行MMC变流控制时,柔性直流输电系统具有更佳的性能。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

低电平MMC-HVDC样机滤波装置设计

为了确保低电平模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)样机注入公共电网的谐波含量符合现有的电能质量标准条例,对其进行配套的滤波装置设计是必要的.文章根据MMC拓扑结构特点,推导出了MMC的等值电路,并将MMC看成一个有多种谐波的谐波电压源,从而设计了MMC交流侧谐波的等效电路.在此基础上,结合MMC-HVDC的调...     

考虑交直流多谐波耦合的模块化多电平换流器矩阵建模

谐波耦合矩阵模型可为电力系统线路和元件的谐波稳定性研究提供有效支撑。但对于内部结构复杂的模块化多电平换流器(MMC),已有研究中的矩阵模型不能描述其交、直流侧谐波间耦合关系或只能对特定次数谐波的耦合关系进行讨论。故考虑MMC开关函数可描述换流器的特定次数谐波间耦合关系,但其本身为周期时变的特点,以及谐波状态空间理论(HSS)可以将周期时变模型定常化,同时描述各量全部次数谐波间耦合关系的优点,将两者结合以搭建了可同时描述MMC交、直流侧各电气量的全部次数谐波间关系的谐波耦合矩阵模型。将加入谐波扰动后的MMC谐波耦合矩阵模型的理论计算结果与PSCAD电磁仿真模型仿真结果对比,证明了该模型对MMC谐波耦合特性描述的准确性。     

模块化多电平换流器调制策略对比

对比采用不同调制策略时模块化多电平换流器输出波形的特性。模块化多电平换流器的调制策略,根据是否需要对子模块电容电压排序,可分为计算投入子模块个数调制策略和载波相移调制策略2类。在同一电平数下,采用不同调制策略会对模块化多电平换流器输出波形的各次谐波分布和谐波畸变率产生明显影响。当电平数升高时,不同调制策略对谐波畸变率的减少量也不同。     

低压直流母线AC-DC电力电子变压器及其短路故障穿越方法

传统的基于半桥型模块化多电平电力电子变压器使用大量的开关器件和无源元件,限制了其功率密度和效率的提高。提出了一种组合全桥型模块化多电平换流器(MMC)和输入侧间接串联型输入串联输出并联DC-DC变换器的电力电子变压器拓扑,MMC输出等级较低的中压直流母线,可减少隔离级DC-DC模块数量,且可以实现故障时的自阻断功能。通过改变DC-DC变换器模块输入侧的串联连接方式,可有效避免中压直流端口短路时导致DC-DC变换器输入侧电容短路问题。该电力电子变压器拓扑同时具备中压和低压直流端口,且可以有效降低开关器件、无源元件、高频变压器以及DC-DC变换器模块数量,提高电力电子变压器的功率密度、效率和故障穿越能力。最后基于MATLAB/Simulink,搭建了该电力电子变压器的仿真模型,仿真结果验证了该拓扑的可行性。     

基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析

基于谐波状态空间(HSS)理论对变换器进行建模,深入分析了变换器交直流谐波耦合特性。首先,通过数学推导,采用HSS理论对三相AC/DC变换器拓扑进行建模。HSS模型将交直流侧的各次谐波包括在内,反映了各频次谐波变量的作用关系。其次,通过该模型推导变换器的谐波传递函数,建立耦合阻抗图,分析交直流谐波耦合特性。该模型根据微电网中常用的电压源型三相AC/DC变换器建立,给出了变换器交直流谐波耦合阻抗的全局关系,可探究变换器两侧各个频次的谐波特性,并用于变换器并联、级联等结构的谐波分析。最后,在PLECS平台中搭建电压源型三相AC/DC变换器模型,与HSS模型计算结果进行对比,并通过实验验证了所提模型与谐波耦合特性分析的准确性。     

混合型模块化多电平换流器解析建模与功率运行区间分析

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电压水平下,电磁暂态模型仿真结果和稳态解析模型的计算结果,验证了稳态解析模型的精确性。研究了考虑多种运行约束条件时混合型MMC的功率运行区间计算方法,尤其考虑了半桥子模块的均压约束。计算了不同直流电压水平下的功率运行区间,分析了各约束条件以及子模块电容、桥臂电抗器、桥臂子模块比例等参数对功率运行区间的影响。