基于模块化多电平换流器的直流输电系统网侧不平衡故障穿越研究

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)柔性直流输电系统在电网发生单相或两相故障时,会导致MMC桥臂上产生两倍频的正序、负序和零序环流,零序环流由于不能在三相桥臂之间相互抵消而进入高压直流侧,会影响其他换流站的运行。为此设计了二次零序环流控制器来对其进行抑制。并针对不平衡故障时,在相同传输功率下子模块电容电压波动幅值变大的问题,提出了通过对桥臂注入一定的负序二次环流,降低子模块电容电压波动的控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了基于MMC-HVDC的仿真模型,仿真结果表明此算法能保证直流母线电压的稳定,并降低子模块电容电压的波动,提高了MMC换流器不平衡故障的穿越能力。     

MMC子模块电容电压波动抑制

为了解决模块化多电平换流器在运行时,子模块电容电压波动较大会导致输出发生畸变,甚至影响系统稳定的问题,通过对桥臂进行能量分析,发现子模块电压电容波动中主要包含基频波动和二倍频波动,其中基频波动占主要成分,为了降低子模块电容电压波动,提出一种基于二倍频环流注入结合高频环流和高频输出电压注入降低子模块电容电压基频波动的方法,该方法首先通过注入二倍频环流减小桥臂能量中的基频功率,然后利用注入的高频环流和高频输出电压共同作用进一步减小桥臂基频功率,从而达到降低子模块电容电压基频波动的目的.最后通过搭建仿真电路,对比了未进行波动抑制、仅注入二倍频环流、注入二倍频环流结合注入高频环流和高频输出电压三种情况下的电容电压波动,并进行了有关谐波分析,验证了该方法的有效性.     

特定次谐波注入抑制模块化多电平换流器电容电压波动

模块化多电平换流器（MMC）电容电压波动抑制有助于降低电容器体积/重量,降低换流阀设备投入成本。推导了换流阀子模块电容电压波动分量及影响因素,分析了二倍频环流注入、三次谐波注入对子模块电容电压波动及换流阀的影响,提出的特定次谐波注入方法,可显著降低换流阀子模块电容电压波动,且桥臂电流峰值和有效值控制在允许范围内。以张北柔直工程参数为例,通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零、二倍频环流注入、特定次谐波注入情况下的电容电压波动、桥臂电流有效值和桥臂电流峰值,验证了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

不平衡网压下MMC子模块电压波动抑制策略

针对不平衡网压下模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压波动问题,提出一种注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制策略。首先通过注入共模电压使系统工作在较高调制比状态,然后根据半桥子模块MMC的数学模型推导出注入共模电压后的桥臂功率解析式,从而减小桥臂功率波动,实现注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制。最后通过搭建的17电平MMC实验平台对所提策略进行有效验证,实验结果显示该策略可有效减少子模块电容电压波动幅值。     

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

大幅减小子模块电容容值的MMC优化方法

减小子模块电容容值能够降低模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的成本、体积和重量,具有重要的工程意义。该文首先建立半桥、全桥和混合MMC的子模块电容电压波动统一模型,揭示出基频和2倍频波动是主要分量。在此基础上,提出一种结合2倍频环流和3倍频共模电压注入及优化调制比来减小子模块电容电压波动的方法。以混合MMC为例,结合其运行的约束条件对调制比、子模块数量、控制策略和子模块容值选取进行优化设计。所提优化方法能够将子模块电容容值减小为常规的约1/3,同时降低换流器通态损耗并保留直流短路故障处理能力。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提优化方法的有效性。     

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。     

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。     

面向大容量直驱风电机组的机侧MMC电容电压脉动抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为大容量风电机组背靠背变频器具有良好前景，但机侧MMC运行时面临低频工况下子模块电容电压波动幅度大的难题。本文提出一种复合的二倍频环流叠加高频注入策略，通过二倍频环流注入抑制大量电容电压的二倍频纹波，并在此之上叠加高频注入进一步提高低频工况上下桥臂能量交换速度，达到大幅度降低子模块电容电压波动的目的。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型对所提策略的有效性进行验证。仿真结果显示，二倍频环流注入可抑制44.19%的电容电压波动，叠加高频电压和高频环流注入后可进一步抑制51.6%的电容电压波动，在相同的电压波动要求下降低了对子模块电容容值的需求。所提策略在风速突变下和并网点发生暂态故障期间仍具有有效性，适用于大规模海上风电并网等场景。     

高压整流管

本文以电流容量1000A、耐压2000V的器件为例,较详细地介绍了高压整流管的设计过程,并以如何降低其损耗为重点进行了优化计算。     

准Z源逆变器电容电压最佳值设置的研究

准Z源逆变器(QZSI)的升压能力(直流链母线电压)由直通占空比决定,逆变能力由调制比决定,直通占空比和调制比相互制约。主要是研究如何设置QZSI的电容电压最佳值,即获得最合适的升压能力和逆变能力,以优化效率,且分别在常用的几种升压方式下,对电容电压的最佳值设置进行了详细理论推导。仿真和实验结果证明了理论推导的正确性。     

电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器高压直流输电控制策略

在电网电压发生不平衡故障时,分析了模块化多电平换流器高压直流输电(MCHVDC)功率分量特性。为实现正负序电流统一控制,引入复合控制器(比例积分+准谐振控制器)作为电流内环控制,避免了同步旋转坐标系下电流序分量分解问题。研究了抑制负序电流、有功功率波动控制策略,并利用电压降落和不均衡度指标设计了对应的低压限流环节。为降低环流造成的额外损耗,在分析环流分量故障特性基础上,设计了桥臂环流抑制器。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建了仿真模型,对负序电流、有功波动抑制和环流抑制策略的有效性进行了仿真说明。     

瞬态电压抑制器的雷电通流与箝压特性测试

为提高箝位电压和峰值脉冲电流测量的准确度,利用冲击电流发生器测试3种系列不同类型瞬态电压抑制器的雷电流通流能力、箝位电压特性和伏安特性,分析了它们与额定电压、脉冲峰值功耗及极性的关系。结果表明,TVS额定电压越高,雷电流通流能力越小,同样额定电压的TVS管,脉冲峰值功耗增大后通流能力并未增大,TVS管只适宜作为次级限压性防护元件。随着额定电压的升高,箝位电压逐渐增大,临界箝位系数趋于减小,低额定电压时箝位电压分散性大,高额定电压时箝位电压分散性小,选用和考虑TVS绝缘配合时应予注意。     

一种超高压输电线路恢复电压的精确计算方法

在超高压输电线路上单相重合闸的成功取决于故障处潜供电弧能否快速自熄,恢复电压和潜供电流是影响潜供电弧的决定性因素.分析了影响恢复电压的主要因素,对不带并联电抗线路提出了利用系统和线路参数以及负荷电流,精确计算恢复电压的方法,并通过EMTP仿真数据证明了该方法的正确性,该仿真结果可以用到高压输电线路保护装置中的自适应重合闸判据中.     

基于加速寿命试验的氦氖激光高压电源的设计

通过分析氦氖激光器加速寿命试验中电源性能的要求,设计了一款平均电流控制模式的氦氖激光高压电源,并对电压电流双环控制进行了论述.实验表明,该电源高压输出可达5～6 kV,用以提供氦氖激光管的击穿电压;电源正常工作电压为1.8～2.5 kV,可使氦氖激光管正常工作.在10 mA的电流水平下,激光管持续工作,电流误差很小,电流稳定性比较高,并且能够实现自动稳流,这在激光管加速寿命实验中有重要意义.     

一种电压暂变发生器研究

为了补偿电网电压的暂降,需要一种电压暂降发生器来模拟电网产生电压暂降.在现有的各类暂降发生器中,以基于电子开关型电压暂降发生器最易使用.文章介绍一种由新型交流开关和自耦变压器构成的电压暂变发生器.给出了该全控型交流开关的电路拓扑,分析了交流开关的工作原理.该发生器可以模拟多种电能质量的干扰,并可用于大功率场合.最后,搭建了实验电路,给出了实验波形.实验结果验证了这种电压暂变发生器的有效性.     

基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究

分析了三相SPWM电压型逆变器在三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下的数学模型.采用了基于电压和电流的双环控制策略,针对d-q坐标下的耦合关系,提出解耦策略,并利用PI调节器提高系统的动态响应特性及跟随能力,并运用Matlab/Simulink对理论分析结论进行验证.在容性和感性负载下的验证结果表明,适当选择控制环节...     

火电辅机变频器低压穿越直流电压补偿及其控制

针对火电辅机变频器因厂用电压跌落而触发闭锁,造成发电机组停机的问题,设计了基于变频器直流母线电压补偿的辅助穿越装置。辅机变频器采用直接转矩控制,低压穿越装置主电路采用三重交错并联升压变换器结构,在电压跌落期间维持变频器直流母线电压稳定,同时减小输出电流高频纹波。考虑到并联模块参数差异造成的均流问题,提出在传统电压电流双闭环控制的电压外环加入均流环的解决方法,消除环流,使开关管电流应力更为均衡。由于控制系统具有非线性、强耦合的特点,传统PI控制器存在局限性,所以利用模糊控制算法优化PI控制器参数整定,改善其性能。最后用仿真验证了所提方法的有效性。     

基于两相电流差检测的逆变器输出电压补偿新方法

为了提高交流电动机变频调速系统的运行性能,提出了一种新的三相电流极性检测方法,用于对死区和开关器件非理想特性引起的逆变器输出电压误差进行补偿.该方法通过检测A、B两相电流差的过零点,对三相电流过零点进行预测;再根据A、B两相电流差过零时A相电流的极性,得到任意时刻的三相电流极性.这种方法的优点是避开了零电流钳位现象,且不受奇次谐波的影响.根据得到的电流极性对死区和IGBT非理想特性引起的电压误差进行补偿,此方法在异步电动机间接转矩控制系统上进行了实验验证.系统中通过计算误差电压等效时间对三相参考电压占空比进行前馈补偿,文中给出了补偿前后的实验结果对比,实验结果表明,补偿后的性能有了明显提高.