模块化多电平SVG负序补偿容量比较

全桥单元作为子模块且主电路采用三角形连接的拓扑(single-delta bridge cells,SDBC)和半桥单元作为子模块且主电路采用双星形连接的拓扑(double-star chopper cells,DSCC)都可应用于负序电流的补偿,但两种拓扑负序电流补偿机理不同,哪种拓扑更具优势尚待研究。文中分别阐明了SDBC型静止无功发生器(static var generator,SVG)和双星形连接的拓扑(double-star chopper cells,DSCC)型SVG的负序补偿原理,对环流和桥臂电流进行了数学推导,并进行了仿真验证。对比分析了两种模块化多电平SVG的负序补偿特性,分析表明在相同的负序补偿情况下,DSCC型SVG的桥臂电流应力和安装容量均小于SDBC型SVG。所得结论为工程应用时合理选择负序补偿拓扑提供了理论依据。     

基于模块化多电平变换器的负序电流补偿系统研究

针对三相负载不平衡引起的负序电流,提出了基于模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)进行补偿的方案,讨论了其工作特性,提出了相应的控制策略。首先,通过把三相不平衡负载等效为平衡负载的方法,推导出对补偿系统控制的基本要求,明确了补偿的基本原理;然后,分析了补偿系统输入功率特性,提出了MMC用于负序补偿时的等效模型,并分析了环流及电容电压的波动特性,指出三相电容电压之和必定存在二次谐波波动;引入正负序坐标系分离控制的控制策略;最后通过仿真和实验验证了文中提出的结论和控制策略。     

兼具无功补偿功能的模块化多电平整流器控制策略

考虑到高压直流输电接入点的电能质量问题,提出了兼具无功补偿功能的模块化多电平整流器(modular multilevel rectifier,MMR)控制策略。在建立三相静止坐标系下MMR的数学模型基础上,提出了电压外环和电流内环的双闭环控制策略。电流内环采用无差拍控制,实现了指令电流快速无差跟踪,改善了系统网侧的电能质量。针对相间环流和子模块电容电压均衡,采用平均电压控制和均衡控制,减小了相间环流。仿真和样机实验结果验证了所提方法的可行性。     

基于模块化多电平变换器的多电飞机电源系统

多电飞机(MEA)电源系统电压等级高、额定功率大,且对可靠性、谐波含量、重量、效率等方面都有比较严格的要求,常规两电平变换器难以满足这些系统需求。为应对该挑战,提出基于模块化多电平变换器(MMC)的MEA电源系统。MMC具有可靠性高、谐波含量低、重量轻、效率高等特点,且具备优秀的故障穿越能力,已在中高压电力传输、船舶电力推进、电气化铁路、电动汽车等领域获得广泛应用。与以上领域相比,MEA电源系统的主要特点是频率远高于工频,由此带来更大的挑战。阐述了MMC的结构和运行原理,给出一套建模、控制、调制方法,并搭建实验系统进行验证,展示了MMC的运行效果,表明了MMC技术应用于MEA电源系统的广阔前景。     

电池储能型模块化多电平变换器的混合模型预测控制方法

将模块化多电平变换器(MMC)作为电池储能系统(BESS)的并网变换器,可在实现高压并网的同时兼具控制的灵活性。针对电池储能型模块化多电平变换(B-MMC)系统,提出一种可有效减小计算量的混合型模型预测控制(H-MPC)方法。该H-MPC方法由PI控制和MPC组成。其中,PI控制部分用于求取满足交流电流输出和环流控制要求的子模块接入个数;MPC则负责共模电压(CMV)抑制,对子模块接入个数进行适当调整。结合子模块接入个数与电池组荷电状态(SOC)的排序结果,即可产生具体开关信号。针对不同应用场合,PI控制部分和MPC的控制目标选取要更为灵活。以环流控制为例,对其包含于MPC部分的情况进行简要分析。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证了该方法的正确性与有效性。     

模块化多电平矩阵变换器低频控制方法

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)在低频甚至零频率运行时,低频纹波电压与输出频率成反比,导致模块电容电压波动过大而影响MMMC安全运行。为解决该问题,提出一种MMMC低频控制方法。该方法外环采用层次化电容电压平衡控制,并基于能量交换规律将输出二倍频纹波电压当做有用成分,与电容电压直流分量共同参与平衡控制,最后,通过复合控制器实现MMMC相间平衡和低频纹波抑制的双重控制;内环采用各桥臂电流独立控制,避免了复杂的解耦变换和内部环流产生。该方法适用于输出零频率的特例工况。通过半实物实验验证了所提控制方案的可行性、有效性以及优良的动静态特性。     

基于优化控制集的模块化多电平变换器模型预测控制方法

为了解决模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converters, MMC)现有模型预测控制方法寻优计算量大的问题,以上、下桥臂插入个数为控制变量,以并网电流和桥臂环流为控制目标,提出基于优化控制集的模型预测控制新方法。在子模块电容电压理想状态下建立并网电流误差目标函数,通过初步预测寻优,确定上、下桥臂电压矢量准确工作区间。考虑子模块电容电压波动,设计上、下桥臂插入个数优化控制集,求取电压矢量区间内最优上、下桥臂插入子模块个数。同时设置自适应调节因子,可根据子模块电压波动幅度自动调整优化控制集边界条件,确保有限寻优次数内最优上、下桥臂插入子模块个数的准确求取。所提出的控制策略寻优计算量从(N+1)2降至(N+1+Ntotal),实现了桥臂环流的有效抑制和并网电流的准确跟踪,避免了全局寻优的大量冗余计算,有效提升了寻优效率与准确度。仿真与实验结果验证了优化控制集模型预测控制方法具有计算量小、动态响应快和稳态精度高的特点。     

基于多步模型预测控制的模块化多电平换流器环流控制策略

模块化多电平换流器(MMC)以其结构模块化、低谐波输出以及冗余控制等优点在中高压领域得到了广泛的关注与研究。推导了MMC离散数学模型,提出了基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法,能够实现桥臂环流的多步优化控制并有效地降低预测控制计算量。首先利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测,再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测,最终求解出桥臂投入模块数的优化解,实现环流电流的多步优化控制,从而有效地抑制环流中的谐波电流。所提多步预测控制利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集,可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数,有效地降低控制器的计算量。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了201电平MMC时域仿真控制系统,仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

模块化多电平逆变器电容电压及环流控制

模块化多电平变换器作为逆变器时,一个重要特点是能够控制模块电容电压及环流。本文推导出了该变换器的一种单相状态方程,定性分析了环流及电容电压的谐波成分,证实了环流二次谐波呈负序分布,给出了三相状态方程在负序两倍基波频率dq0坐标系的方程,dq坐标系中的方程表达了环流谐波的特性,而零序方程则表达了电容平均电压及环流直流成分的特性。基于此,本文提出了环流谐波及直流成分的解耦控制策略,在dq坐标系中,对传统的控制策略进行改进,以有效抑制环流谐波,在零序坐标系中,实现对电容平均电压及环流直流成分的控制,不同坐标系中的控制,彼此互不影响。最后通过仿真及实验研究证明了文中的结论。     

模块化多电平变流器调速系统变频控制

模块化多电平变流器(MMC)凭借着诸多优势成为高电压大功率工况下的核心拓扑。但MMC变频调速系统运行于低频状态时存在桥臂能量分配不均衡、子模块电容电压波动严重等问题,不仅影响变频器全速域运行能力,甚至威胁系统安全。为解决上述问题,提出一种基于共模电压与偏置电压控制的MMC变频调速系统全速域运行方法,旨在通过控制系统各桥臂瞬时功率以快速抑制子模块电压波动。首先,构建系统数学模型,分析悬浮电容电压波动影响因素;其次,设计变频调速系统的低频控制器与在线模式切换环节;最后,为验证所提控制策略的可行性和有效性,对其进行仿真和实验的对比分析。实验结果表明,所提控制策略能有效抑制MMC变流器子模块电压波动,完成不同频段平滑切换,降低系统损耗,改善系统输出品质,提升MMC系统安全运行能力。     

基于模块化多电平换流器的牵引供电负序治理

为解决牵引变的负序问题并补偿无功功率,采用两组单相模块化多电平换流器MMC背靠背连接构造铁路功率调节器RPC,直接接入牵引网。首先,建立了单相MMC数学模型;然后通过二阶广义积分构造正交虚拟分量,将其转换到旋转坐标系下,设计双闭环控制器,并以V/v牵引变为例,定量分析并补偿有功和无功;最后,在Matlab中搭建了基于MMC-RPC向V/v牵引变提供负序治理及无功补偿的仿真系统。仿真结果证明了MMC运用到RPC的可行性以及控制策略的有效性。     

牵引变电所群贯通供电系统负序补偿模型及控制策略

针对牵引变电所群贯通供电系统存在的三相电压不平衡问题,提出一种基于三相变压器与静止无功发生器(SVG)的负序集中补偿方案及控制策略.首先,根据牵引变压器的功率变换关系及不同的负荷情况,推导了2种模式下补偿装置对牵引负荷的补偿功率通用表达式.根据中国的电能质量标准,提出了以负序满意补偿为目标的双限值补偿方案,方案包括了模式选择方法、SVG容量配置方法及SVG运行方法.根据补偿方案,设计了带有模式判别的SVG双闭环补偿控制策略.然后,采用牵引变电所实测数据对补偿方案进行验证,证明了方案具有良好的补偿效果,与全补偿方案相比,所提方案需要的装置容量更小.最后,通过仿真证明了控制策略对负序补偿的有效性和较快的响应速度.     

电网不平衡下模块化多电平变换器无源一致性控制方法

针对采用传统矢量控制的模块化多电平变换器(MMC)在电网发生单相短路时易发生系统运行失稳的问题,从能量角度出发,提出形式简单、稳定性较好的无源一致性控制方法.以电网不平衡情形下正序电流期望轨迹快速跟踪与负序电流快速抑制为第1目标,通过建立MMC端口受控耗散哈密顿模型,求取不影响全局能量耗散的"无功力",简化无源性控制器...     

模块化多电平变流器均压策略研究

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)子模块电容电压的均衡是其稳定运行的前提,在此介绍了MMC的拓扑结构,分析了其运行原理,提出了一种基于子模块电容电压瞬时值排序和桥臂电流方向的简化均压策略。该策略上、下桥臂仅各需一个载波,而与子模块数无关。仿真和实验结果验证了所提均压策略的有效性。     

牵引变电站无功与负序分量的综合补偿

并联补偿对牵引负荷正序无功功率的补偿只与总的补偿容量有关,与变压器的接线方式及补偿容量在端口的分布方式无关;而对负序功率的补偿,不仅与牵引负荷的大小和功率因数有关,还与其在次边端口的分布方式及并联补偿的性质有关。针对并联补偿对牵引负荷的补偿特点,文中提出2种牵引变电站无功与负序补偿的优化配置方案,并给出2种补偿方案下各个补偿端口补偿容量的通用表达式。以某牵引变电站的实测数据为例,验证了2种补偿方案的可行性。     

采用MMC-RPC治理牵引供电系统负序和谐波的PIR控制策略

为综合治理铁路牵引变压器的负序、无功、谐波问题,设计了基于模块化多电平换流器的铁路功率调节器(MMC-RPC)。首先设计了频率自适应功率分离器,并从功率角度分析了Scott牵引变压器(STT)牵引供电系统综合治理的补偿量;然后在构造虚拟正交分量后建立了单相MMC数学模型,在同步旋转坐标系下分析机车谐波电流的特性,指出单相奇次谐波电流在dq坐标系下都以4的倍数次波动;最后提出了需要更少的谐振控制器数量的比例-积分-谐振控制策略。在Matlab中搭建MMC-RPC仿真模型进行仿真,结果证明了所提控制策略有效性。