基于MMC的铁路功率调节器方案对比

针对铁路电力机车产生的负序、谐波、无功等电能质量问题,传统的两电平变换器型的铁路功率调节器已经无法满足高压大功率应用领域的要求,基于MMC的铁路功率调节器具有明显的优势。以采用V/v接线变压器的牵引变电所为背景,对不同结构的MRPC方案进行分析和对比。最后,总结了3桥臂MRPC方案的优势,通过RT-LAB实时仿真平台,对3桥臂MRPC系统进行了验证,结果验证了该方法的可行性和有效性。     

模块化多电平铁路功率调节器滞环控制策略

为克服模块化多电平铁路功率调节器(MRPC)在治理牵引网电能质量中存在控制复杂、计算量大及调制策略复杂等不足,本文在参考两电平滞环控制基础上构建了MRPC的直接电流滞环控制策略。该策略通过最近电平逼近策略输出抵消牵引侧高电压的端口电压,同时利用补偿侧电流误差值调制桥臂子模块脉冲信号实现补偿电流无静差跟踪。所构建的滞环控制策略具有调试简单、计算量小及鲁棒性强等优点。仿真结果验证了本文所提控制策略的正确性和有效性。     

一种基于YNvd变压器的多电平铁路功率调节系统

为解决高速铁路牵引供电系统中的负序、谐波电能质量问题,提出了一种基于YNvd平衡变压器的多电平铁路功率调节系统。采用由4个多电平级联型H桥链与滤波电感组成的多电平铁路功率调节器MRPC（multilevel railway power conditioner）,并将MRPC一侧直接连接于YNvd平衡变压器二次侧β相分接头,取代了通过降压变压器连接于供电臂的传统方法,减少了系统成本。分析了该系统的拓扑结构、等效模型及补偿原理,并根据补偿原理提出一种由指令电流跟踪、环流抑制与链节电压平衡3层组成的分层控制策略,最后通过仿真验证了所提理论的可行性与有效性。     

多电平铁路功率调节器的无源控制方法

为了治理铁路系统的电能质量问题,研究了一种多电平铁路功率调节器(MRPC),其采用多电平级联型H桥链,只需要通过一个隔离变压器与牵引供电臂连接。若采用同相供电方式,MRPC可直接与牵引供电臂连接,不再需要隔离变压器。根据MRPC的拓扑结构推出了其等效电路图,并对其进行了数学建模。在此基础上,通过Park(αβ/dq)变换建立了dq坐标系下的欧拉—拉格朗日(EL)模型,分析了系统的无源性,提出了一种无源性控制方法,并设计了无源控制器。仿真和实验结果表明,该控制方法能提高MRPC对控制参数扰动的鲁棒性,改善牵引网电能质量。     

不平衡状态下MMC双回路环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)的内部环流将会增加换流器的功率损耗,降低桥臂容量利用率;同时加剧桥臂电流畸变,影响开关器件的安全运行。因此,需要采取有效的控制手段抑制环流。该文通过详细的相单元瞬时能量理论推导,得到MMC内部环流和环流抑制控制器输出电压间的交互作用会造成环流四倍频分量增加的结论。在基于准比例谐振调节器的环流抑制策略基础上,添加环流辅助控制回路,提出了一种环流抑制能力增强型的双回路环流抑制策略。通过合理整定调节器参数可以改善环流抑制控制器的闭环零极点分布,增强控制系统的稳定性,同时提高环流抑制控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力。在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC详细仿真模型,验证了双回路环流抑制策略的正确性和有效性。     

基于MMC的新型铁路功率调节器的PIR控制策略

对于铁路供电系统的负序电流、无功补偿及谐波抑制问题,铁路功率调节器(RPC)具有良好的综合治理效果。采用MMC构造的新型RPC(MMC-RPC)具有耐高压、容量大和波形质量好等优点。首先分析了MMC-RPC的拓扑结构,并建立了数学模型;其次以Scott牵引变压器供电系统为例分析了电流补偿的方法;然后采用比例-积分-谐振控制器实现了交流补偿电流的准确控制以及MMC桥臂环流的抑制;最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,结果验证了所提出控制策略的有效性。     

不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

基于反馈线性化的MRPC非线性控制策略

模块化多电平铁路功率调节器(MRPC)因其具有耐压等级高、补偿容量大等优点而适用于牵引供电系统电能质量治理.由于模块化多电平铁路功率调节器是采用多个半桥子模块串联而成,其系统结构复杂,具有多变量、非线性、强耦合的特性,难以建立精确的数学模型.采用传统的PI控制器只能实现近似线性化控制.基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,建立状态变量非线性坐标变换,求解状态反馈控制率,实现内环电流的有功、无功独立解耦控制.在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真系统,模拟实际工况进行仿真,并与双闭环PI控制进行对比,所得仿真结果验证了该策略的有效性和优越性.     

模块化多电平变流器开环环流抑制策略的渐进稳定性分析

模块化多电平变流器相间环流的存在使得桥臂电流产生畸变,一方面增加了变流器的损耗,另一方面对功率器件的安全工作范围也提出了更高的要求。本文从两个方面分析了开环环流抑制策略的渐进稳定性。首先证明了开环环流抑制策略的基本原理,并在此基础上提出开环环流抑制的一般原理,为模块化多电平变流器开环环流抑制的系统设计提供了理论依据。其次,相比实现起来更为简单的实际值调制环流抑制方法,本文的基于桥臂能量的开环环流抑制策略具有模块电容电压自平衡的特性,无需施加额外的控制;同时,从理论上证明了该开环环流抑制策略具备在不平衡条件下电容电压自平衡的特性,从而证明了该方法的渐近稳定性。最后,通过仿真验证了基于桥臂能量的开环环流抑制方法的稳定性和其模块电容电压自平衡特性的正确性。     

三相四桥臂逆变器直接并联控制策略

在三相三桥臂逆变器(3P3L-Inv)拓扑的基础上引入第4桥臂构建的三相四桥臂逆变器(3P4L-Inv),具有优良的三相解耦带不对称负载能力,且可以通过注入3次谐波的方法提高直流电压利用率.逆变器并联是电力电子系统扩容的主要方法之一,共直流母线直接并联的三相四桥臂逆变器(3P4L-DP)中第4桥臂电感电流若不采取适当控制策略,会导致并联逆变器第4桥臂电感存在较大的环流,严重时会损坏逆变器.此外,采用3次谐波注入的3P4L-DP,由于主电路器件参数不一致性,将进一步导致并联模块之间的零序环流问题.在此通过分析第4桥臂环流与三相零序环流的生成机理,提出一种4桥臂逆变器直接并联控制策略,使得并联模块的各桥臂电感电流均得到统一控制,抑制了桥臂间的零序环流,实现了各路桥臂电感电流的动/稳态均流.仿真及原理样机实验充分验证了控制策略的正确性.     

基于虚拟电阻控制环的并联逆变器简化控制方法

对于整个系统的扩展性和可靠性来说,几个小功率逆变器的并联运行比单个大功率逆变器运行要具备更多的优势。针对逆变器的并联运行,本文提出了一种基于虚拟电阻控制环的简化控制方法,该方法可以均衡无互联通讯线路的各逆变器的电流分布,进而抑制并联逆变器内部的环流。为了验证基于虚拟电阻控制环的简化控制方法,本文建立了由两个逆变器组成的并联拓扑实验电路,最后通过仿真和实验方法表明了本文所提控制方法的性能。     

应用于风力发电的MMC子模块新型电容降容控制

模块化多电平换流器(MMC)因其多方面优势适用于中压及更高电压等级的风力发电,但由于风电机组的低频大电流工况,机侧MMC子模块电容电压波动大,需要大的直流滤波电容。提出一种在负序二倍频环流控制器中注入环流来抑制子模块电容电压波动的策略,指出了所注入的环流的初相角的选择依据,并给出了基于该方法的子模块电容容值选取依据。针对该策略带来的环流二倍频分量增加的问题,提出了一组表征子模块电容电压抑制效果相对于环流增加量的折中系数,指出需根据系统要求来选择不同的折中系数作为评价标准,以达到所需求的总体性能。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

新型变压器三角形侧绕组环流计算方法

Y,d接线变压器三角形侧绕组电流对励磁涌流识别方法的性能有很大影响,利用绕组电流实现的算法能大幅提高变压器保护的性能。指出了目前三角形侧绕组环流计算方法的不足。首先给出了一种新的电流互感器配置方案,然后在变压器回路方程的基础上推导了星形侧零序电流和三角形侧环流的关系式,利用星形侧相电流和零序电流的组合得到各相的拟合励磁...     

A circulating current control scheme for multiple three‐level NPC inverter systems

In recent years, motor drive systems for steel rolling mills have been steadily increasing in capacity. In particular, the development of three‐level NPC (Neutral Point Clamped) inverters is now focusing on the replacement of cycloconverters. In order to satisfy such a requirement, in this paper a multiple three‐level NPC inverter system is proposed. The configuration consists of two three‐level NPC inverters with the same configuration connected in parallel by current limiting reactors. In this case, the circulating current flowing between the two three‐level NPC inverters must be controlled to prevent a decrease in the maximum output capacity. In particular, a new method for control of the circulating current is a major topic of discussion. The method is based on space voltage vector‐based PWM (Pulse Width Modulation) control for the three‐level NPC inverters and the circulating current is controlled by adjusting the output durations of the respective space voltage vectors. In this method the circulating current controller can be decoupled from the motor current controller. Therefore, it is possible to design the different controllers independently. In addition, the experimental results obtained using an induction motor show that the circulating current can be reduced to within 2% of the rated motor current when the motor current response exceeds 1000 rad/s. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(2): 38–48, 2001     

模块化多电平换流器新型桥臂环流抑制策略研究

为抑制模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的内部环流,介绍了一种新型的桥臂环流抑制策略,包括其MMC改进拓扑、环流抑制方法及电压校正模块(Voltage Correcting Module,VCM)的稳压控制方法。为便于工程应用,提出了该策略的VCM冗余控制方法,并对VCM进行了参数设计,包括子模块电压设计和支撑电容容值设计。仿真结果说明了所提VCM参数设计合理,验证了该冗余控制方案可在维持VCM电压稳定的基础上有效抑制换流器的桥臂环流。该方案适用于所有MMC系统,在使用IGBT串联MMC的高压大容量场合优势明显。     

超导变压器绕组环流研究

在用有限元法求解磁场并计算电感矩阵的基础上,采用场—路结合的方法,针对二次绕组几种不同情形进行了环流计算。结果表明为减小环流,二次绕组轴向并绕的多根导线必须在层间换位,而在二次绕组各层两端短接后用铜线过渡到相邻层时环流不可忽视。     

并联变流器的脉宽调制波重构与环流抑制

针对共交流滤波电感和直流母线的三相变流器并联时功率器件开关不同引起的环流问题,提出一种基于脉宽调制波重构的方法来抑制变流器并联时的零序环流。该方法采用主从控制,主控制器通过广播通信的方式将脉宽调制波参数和载波同步信号编码发送给从控制器,在满足采样时钟周期的约束条件下,从控制器根据通过解码载波同步信号和脉宽调制波参数重构出同步性良好的脉宽调制信号,从而达到减少零序环流的目的;并通过分析系统传递函数,研究通信延时对系统稳定性的影响,确定临界稳态通信延迟时间。最后,搭建了并联变流器实验系统,实验结果表明,所提控制策略能够减少零序环流。     

逆变器并联系统直流环流产生原因及其检测与抑制方法

对于无输出隔离变压器的逆变器并联系统，各模块输出电压直流分量不一致会在模块间产生较大的直流环流。该文分析了逆变器输出电压产生直流分量的原因，介绍了逆变器并联系统直流环流检测和抑制方法。通过对逆变器基准正弦波直流分量的高精度数字调节，相应调节逆变器输出电压直流分量以抑制直流环流。在由两台3kVA逆变器组成的并联系统上进行的试验结果证明，该文介绍的直流环流检测与抑制方法对逆变器并联系统直流环流有较好的抑制效果。     

基于正交虚拟矢量的单相MMC系统环流抑制方法

现有的模块化多电平换流器(MMC)的研究大多集中在三相系统方面。提出了一种针对单相MMC系统的基于正交虚拟矢量的新型环流抑制方法,通过分析单相MMC系统环流的固有特点,利用陷波器提取二倍频环流分量,再引入1/4周期延时构造正交虚拟矢量,最终使用比例积分控制器进行环流抑制。此方法不仅能够显著降低桥臂电流的畸变,而且可以减少直流侧的瞬时功率波动,降低了测量器件的数量与成本。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

考虑环流抑制的微网并联多逆变器稳定运行控制研究

针对传统微网并联多逆变器运行控制策略仅能在某种程度上抑制系统中的环流,抑制后的环流仍然比较大的问题,提出考虑环流抑制的微网并联多逆变器稳定运行控制研究。首先,建立微网并联多逆变器模型;基于微网并联多逆变器模型,计算微网并联多逆变器输出有功功率和无功功率;根据计算出的数据,提出改进后的下垂控制方法,对系统进行控制,以减小系统的环流值,控制微网并联多逆变器稳定运行。仿真实验结果显示,在存在环流干扰条件下,当有功功率和无功负载出现变化时,采用所提方法对微网并联多逆变器进行控制,其输出功率和输出频率会随着有功功率和无功负载的变化而产生相应的变化,实现了微网并联多逆变器稳定运行,说明该方法在微网并联多逆变器稳定运行控制研究方面有一定的参考价值。