MMC变流器的无差拍电流预测控制器研究与设计

为了提高模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)的稳定性与动态性能，实现环流抑制，提出基于交流电流和环流双目标调节的无差拍控制。通过MMC单相等效电路的动态方程，设计MMC交流电流分量以及环流分量的无差拍电流预测控制器，并针对实际控制存在的时延问题进行理论分析提出改进措施。通过搭建无差拍控制下模块化多电平变流器的十电平Simulink仿真模型，验证控制策略的有效性。结果表明：通过无差拍控制可以显著提高模块化多电平变流器的稳态和动态性能，且达到环流抑制和均压的目的。     

新型模块化多电平直流融冰装置

针对当前广泛应用的静止无功补偿型直流融冰装置存在的体积大、结构复杂、谐波污染和功能切换繁琐等问题,提出了一种采用全桥模块化多电平变流器的新型直流融冰方案。该方案将链式静止同步补偿器(STATCOM)的动态无功补偿能力和半桥模块化多电平变流器(MMC)的四象限运行能力结合在一起,同时输出直流电压,可宽范围连续调节,能够很好地满足直流融冰装置的应用需求,并有效避免上述问题。结合全桥模块化多电平变流器的结构特点,提出了兼顾直流融冰和无功补偿功能的控制方法,并通过数字仿真验证了所提技术方案和控制方法的有效性。     

新型模块化多电平变流器 在电力系统无功补偿中的应用研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平电压源变流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成。随着子模块增加,其空间矢量调制算法也越来越繁杂。提出一种基于60°坐标系下MMC任意电平逆变器的空间矢量脉宽调制通用算法;并将模块化多电平变流器并联接入电力系统中实现无功补偿技术,实现了内环解耦控制和外环的子模块电容电压平衡控制,最后通过仿真结果验证了60°坐标系空间矢量脉宽调制算法和该无功补偿装置控制算法的正确性和扩展性。     

基于单相矢量控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平变流器(MMC)在正常运行时子模块和桥臂的电气量存在循环耦合关系,会在相内产生二倍频环流。二倍频环流对MMC输出功率无贡献,却增加了开关管额定容量和通态损耗,也给MMC系统带来高次谐波扰动,影响系统的正常运行。为抑制相内二倍频环流,本文提出了一种基于单相矢量的环流控制方法,控制器输出相应的控制补偿量对MMC桥臂电压进行补偿调制,实现了相内二倍频环流的抑制。最后采用专业软件PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,其结果验证了所提控制策略的可行性。     

基于超容与并联MMC的中压配网电能综合治理

为改善中压配网的电能质量,提出了一种基于超级电容储能的模块化并联型多电平变流器(P-MMC-SC),通过在直流母线配置超级电容器作为储能单元,结合并联型多电平变换器实现对中压配网电能质量治理。讨论了P-MMC-SC整体控制流程及网压发生/未发生暂降时的补偿分量检测及控制方法,给出了P-MMC-SC超级电容相间均压与各相各模块均压控制策略。最后分别通过系统仿真与原理样机实验表明,含超级电容的并联型模块化变流器兼具补偿系统电压暂降和补偿负载谐波和无功电流的功能。     

基于改进复合控制的模块化多电平STATCOM环流抑制策略

随着电网对无功补偿装置电压等级要求的提高,基于模块化多电平变流器的STATCOM逐渐成为研究热点。本文针对MMC自身运行机理在其桥臂上产生的严重环流问题展开研究。首先,利用开关等效模型建立了MMC变流器的数学模型,并在此基础上分析了环流的产生机理及影响。据此,提出了一种重复控制+比例积分控制的复合控制的环流抑制方法,同时在MMC数学模型的基础上,利用小增益原理对重复控制器的稳定性进行了分析,并给出了衰减函数和超前补偿环节的设计方法。最后,利用搭建的MMC-STATCOM仿真模型对所提环流抑制策略及稳定性分析的可行性和有效性进行了验证。     

模块化多电平变流器孤网运行控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)以其模块化的结构可使储能单元分散接入的优点,可作为微网系统孤网运行下的储能变流器。由于孤网系统具有大量的单相负荷,会导致输出电压不对称。研究了两相静止坐标系下MMC孤网运行的控制策略,分析了桥臂环流特性,并提出了相应的抑制方法。最后,经过仿真和实验验证了上述控制策略的有效性。     

基于附加电平MPC的MMC环流抑制与子模块双重均压控制

针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制。通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之间的关系以及子模块电压波动的弊端,提出了环流抑制与子模块均压控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了31电平的模块化多电平变换器系统仿真模型,验证了所提策略的可行性与有效性。     

基于模块化多电平变流器的STATCOM的研究

模块化多电平变流器(MMC)在高电压、大功率领域拥有诸多优点,提出一种MMC应用于静止无功补偿器(STATCOM)的控制策略。与H桥级联拓扑相比,MMC因具有正负直流母线,灵活性和适用性更广。设计了MMC子模块电容电压的分级式均压控制策略,包括相间电压均衡控制策略和独立电容电压均衡控制,减小子模块电容电压的波动,维持直流电压稳定。引入一种新的MMC拓扑结构来进行环流抑制,避免了进行负序二倍频坐标变换和相间解耦的复杂控制,实现对环流的有效抑制。基于Matlab/Simulink的仿真结果和实验结果共同表明了所提控制策略的有效性和可行性。     

适用于模块化多电平换流器的环流抑制策略

针对模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)内部环流问题,结合变流器拓扑结构特点,提出一种基于交叉耦合控制的新型环流抑制策略,该方法通过检测桥臂电流,经二倍频负序旋转坐标变换分离MMC内部环流,进而采用交叉耦合控制方式实现MMC内部环流的快速抑制,以减小子模块电容电压波动;通过建立环流控制器(circulating current suppression controller,CCSC)的传递函数,详细分析并设计了MMC内部环流交叉耦合控制器,同时分析了所设计控制器系统的稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC搭建了系统仿真模型,验证了所提环流控制策略的有效性,使变流器的系统稳定性与整体运行性能得到显著提高。     

单相交/交MMC的简化模型及电容电压平衡

单相AC/AC模块化多电平(MMC)可以直接连接于25 k V的牵引供电网,无需笨重的50 Hz工频变压器,极大地减小了整个系统的体积以及成本。MMC的子模块(SM)电容电压平衡仍然是一个主要的技术问题,为此,提出了一种桥臂内和桥臂间电容电压平衡的方法。所提出的桥臂内电压平衡方法结合了传统载波移相脉宽调制(CPSPWM)和载波层叠脉宽调制(PDPWM)下电压平衡法的优点,桥臂内子模块电容电压平衡只需要2个比例调节器,极大地减小了控制系统的计算量;提出的桥臂间电压平衡通过连接上下桥臂的功率通道实现,避免了与输入/输出电压和电流的相互影响,解决了传统桥臂间电容电压平衡法中共模电流注入电网的问题。同时,建立了MMC的简化数学模型,该模型可以被看作背靠背的PWM变换器,并且清晰地揭示了功率流向。最后,仿真和实验证实了所提出电压平衡法的有效性以及数学模型的正确性。     

基于分级控制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

子模块电容电压的平衡关乎模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能否安全稳定工作。根据MMC结构特点,将MMC电容电压的平衡划分为相间电容电压平衡和相内电容电压平衡2部分,并基于此划分提出一种基于分级控制的MMC子模块电容电压平衡方法：首先分析MMC相间电容电压平衡控制,在对MMC各相子模块电容电压平均值进行独立控制的基础上,实现相间电容电压平衡;然后,分析MMC子模块电容电压波动规律,通过对各桥臂调制波叠加平衡控制量,实现单相内部上、下桥臂间电容电压平衡和桥臂内子模块间电容电压平衡;最后,对所提控制策略在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证。仿真结果表明该方法正确、有效,有利于MMC的电压稳定和安全运行。     

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。     

直流配电网中MMC的谐波分析与调制方法设计

将模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）应用于中低压直流配电网时,由于子模块数较少,输出电压低次谐波含量大,电流畸变程度较高,因此为直流配电网中的MMC设计合适的调制方法显得尤为重要。在分析MMC已有的最近电平逼近调制（nearest level modulation, NLM）与载波移相脉冲宽度调制（carrier phase shifting pulse width modulation, CPS-PWM）原理及谐波特点的基础上,提出了基于最近电平逼近的脉冲宽度调制（NL-PWM）方法,并推导了其谐波的解析表达式,给出了MMC调制的设计方法。所提出的NL-PWM方法谐波特性更好,并且均压简单,通用性好,易于与NLM方法相互转换,使MMC可根据实际需求方便地选择输出PWM波或阶梯波。对于中低压MMC,增加模块数和引入PWM波调制均可达到同样的谐波改善效果,文章的谐波分析结果为MMC的调制方法设计提供了理论依据,并引入新的谐波指标,即纯电感负载时电流总谐波畸变率,衡量2种方案的谐波大小。最后给出了6 kV MMC的设计算例,并通过仿真验证了所提出NL-PWM方法的可行性,以及其谐波分析结果的正确性。     

模块化多电平换流器排序频率优化设计

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其独特的优势取得了广泛的应用,其中子模块电容电压均衡排序算法成为了热点话题。目前国内外大多数均压算法优化的目的都是为了降低时间计算复杂度和器件的开关频率。通过分析MMC子模块电容电压更新过程和波动原理,推导均压算法的最小排序频率计算方法,通过仿真研究均压算法排序频率对均压效果的影响,根据仿真结果对排序频率进行了优化设计。最后,将厦门柔性直流输电工程作为算例,在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真,验证优化设计方案的正确性。由仿真结果可知,论文提出的排序频率优化算法具有较好的均压效果,相比传统的时刻排序方法可以降低器件一半的开关频率,且能同时降低整体平均时间计算复杂度。     

基于滞环区间自适应控制的 MMC 环流抑制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是一种可替代传统电压源型换流设备的新型拓扑换流装备,但随着应用电压等级的提升,MMC子模块级联数目大幅增长,相单元中二倍频环流问题尤为明显。通过阐述桥臂内环流与电感压降相互影响机制,在滞环控制的基础上引入区间自适应控制,有效平衡环流抑制效益与开关损耗两者的矛盾,提出滞环区间自适应控制MMC环流的动态抑制法。该方法能够灵活控制桥臂电感压降,控制环流在越限前改变流向,从而将其控制在允许范围内,且无需额外的硬件装置。最后在多电平双端背靠背互联系统Simulink仿真模型中验证该方法对MMC桥臂内环流的抑制效果。     

基于排序算法的MMC电容电压均衡策略对比研究

基于排序算法的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压均衡策略能够快速平衡模块电压,广泛应用于实际工程,但是实时排序会占据控制器大量计算资源,并且开关器件的高频动作将引起较大的开关损耗。为此,在保持模块电压均衡的同时,有必要着重关注均衡策略的时间复杂度和开关频率。在传统的排序算法均衡策略的研究基础之上,按照不同的优化目标将现有的改进策略分为3类,从不同评价指标对3类改进策略进行比较和分析。最后,探讨MMC均压策略的未来研究方向和发展趋势,为解决MMC模块电压不平衡问题提供借鉴。     

基于改进快速排序算法的MMC均压控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)由于其自身具有输出电平数高、开关频率低、波形质量好等优势而被广泛研究和使用。子模块电容的电压均衡问题是MMC的重点研究方向之一。传统均压方法随着子模块数目增加,将极大增加开关元件频率损耗和控制器运算量。该文提出了一种基于改进快速排序算法的均压策略,通过实时监测子模块电容电压,设置子模块电压间的离散度指标,继而控制排序模块的开通和保持。同时,通过排序算法的优化,使控制器在多模块时计算效率大大增加,降低硬件要求。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建MMC-HVDC模型进行仿真验证。仿真结果表明,改进的均压控制方法能够在维持系统特性相对均衡的同时,有效提高运行速度,降低子模块开关频率。     

基于降低开关频率的MMC优化排序算法

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其具有较高的输出电平数、耐压等级高、波形质量好等众多优点而被广泛研究,并已运用于柔性直流输电工程中。子模块电容电压的均衡问题一直以来都是MMC众多研究热点之一。传统电容电压排序法会实时的对电容电压大小进行升降序排列,并在下一时刻按照桥臂电流的方向选择合适的子模块投入。但随着MMC子模块数目的增多,系统中开关器件的开关频率及损耗会随之增加。本文提出了一种新型的优化排序算法,设置相应电压的阈值,考虑上一时刻子模块的投切状态基础上进行电压排序,减少子模块开关动作次数,从而达到减小损耗的目的。最后在MATLAB/SIMULINK中搭建MMC模型进行仿真验证,仿真结果验证了本文所提算法的有效性。