模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法

模块化多电平变换器(MMC)子模块(SM)的数量与直流侧电压成正比,当SM增加时,会导致MMC的开关损耗急剧增加,因此降低功率器件的开关频率一直是MMC的重要研究方向之一。采用最近电平逼近调制(NLM)方式,提出一种基于全桥型SM的改进均压排序法,旨在降低MMC中功率器件IGBT的开关频率,该方法实现相对简单,无需额外的控制器,且易于扩展。最后,通过在MATLAB/Simulink平台搭建了19个全桥SM的仿真模型,验证了该方法的有效性。验证了所提全桥型SM优化均压策略,可以有效避免IGBT不必要的反复投切,降低IGBT的开关损耗,同时对外部输出特性不会产生负面影响。     

MRD减振控制系统的后备混合储能电源设计与仿真

针对磁流变阻尼器MRD(magnetorheological damper)减振控制系统后备电源采用单一蓄电池供电存在响应时间慢和稳定性差问题,提出锂电池/超级电容的后备混合储能电源。首先进行储能系统供电方式的选择及容量配置,然后设计了锂电池和超级电容分别串联双向DC/DC变换器进行功率分配的混合储能结构,再将负载端电流滤波后的高频分量和低频分量用来实现变换器电压电流闭环控制,最后在Matlab/Simulink中搭建混合储能仿真模型,进行输出响应和脉冲功率扰动仿真,对单一锂电池储能和混合储能电源进行性能比较。结果表明,混合储能电源的输出响应时间可达毫秒级;超级电容能提供80%起始功率,并且在脉冲功率扰动下补偿波动功率,以维持母线端稳定,满足MRD减振控制系统的实际工程需求。     

DC-DC变换器滑模变结构控制研究

为提高DC-DC变换器的抗扰性能,研究了Boost变换器的滑模控制策略。本文首先利用状态空间平均法对Boost变换器进行数学建模,然后建立PID型滑模控制器,进而推导出系统等效控制表达式。为了得到更好的抗扰效果,用光滑函数代替符号函数,得到了去抖振控制表达式。最后利用Matlab/Simulink对两种控制方式进行仿真。仿真结果表明,采用本文控制方法的系统与采用PID型滑模控制相比,动态响应调节特性和稳态误差调节特性更好、鲁棒性更强。     

柔性直流换流阀监视系统关键技术及工程化应用

随着对柔性直流输电工程换流阀及阀控设备可靠性要求的提升,为了更加全面、直观、及时地监视换流阀及阀控设备运行状态,提高换流阀运行安全性,柔性直流换流阀监视系统的作用愈加重要。结合实际工程项目需求,兼顾现场分系统调试、换流阀检修、正常运行维护等不同使用场景,研发了双网双冗余架构的柔性直流换流阀监视系统。采用页面自动布局和参数自动匹配技术并且加以优化,采用“内存＋文件”相结合的数据缓存机制有效解决海量数据量的处理。该系统具备海量数据高速处理、遥信遥测报文显示存储、高频采样故障录波及波形处理功能,能够以微秒级精度实时记录事件,同时具备远程控制、换流阀及阀控设备状态和关键参数的修改功能。该系统已成功应用于张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程,其性能完全满足该工程柔性直流换流阀和阀控设备状态在线监视以及系统调试等需求。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源设计

以提高变换器电源的效率和可靠性为目标,设计了基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源。为使变换器电源具备开关管以零电压开关方式通断、开关频率恒定等理想特性,采用电压型推挽全桥逆变器,设计属于电流馈电推挽式变换拓扑结构的变换器电源装置主回路。选择DSSK60-015A全波整流二极管作为变换器电源主回路硬件;通过反馈控制电路调控电压波动时控制端流变化;根据变压器电感、匝数、线径等特性设计变压器绕制结构,完成变换器电源变压过程;设计保护电路,保证电源可靠工作。实验结果表明,所设计的变换器电源的输出电压、电流误差范围均在2%内,开关管实现了零压开通,变换器电源功率因数均保持在0.96以上,且效率高达95%。     

考虑线路运行环境的牵引变流器IGBT寿命评估

列车在行驶的过程中其自身的运行工况和外界的环境工况都在发生变化。IGBT作为列车变流器的核心器件,列车自身的运行工况会影响变流器的运行工况进而影响IGBT的寿命,环境工况会影响变流器的散热进而影响IGBT的寿命。从牵引计算的角度,考虑速度、加速度、坡度等因素,搭建了电仿真模型;从热计算的角度,考虑变流器散热方式、环境温度等,搭建了热仿真模型。为了让热仿真模型更加贴近实际,基于瞬态双界面法测试了IGBT热参数,并得到当前IGBT的老化程度为6.98%。最终实现了Simulink与PLECS的电热联合仿真,得到了IGBT的损伤度,给出了基于变流器运行工况的IGBT寿命评估流程。     

一种模块化多电平换流器电压均衡改进策略

模块化多电平换流器MMC（modular multilevel converter）是柔性直流输电系统的核心设备,其子模块的电容电压均衡问题直接影响系统的正常运行。针对此问题,首先介绍了一种现有的基于固定轮换的均压方法,指出其优缺点;再进一步提出一种改进的均压策略,能够在达到几乎相同的均压效果的基础上,减少模块的轮换;最后,在RTDS实时硬件在环实验平台中搭建MMC系统,验证了所提均压策略的有效性。实验结果表明,所提均压策略能在不影响MMC安全稳定运行的前提下,大幅降低开关频率,提高MMC运行效率。     

一种MMC子模块电容电压波动最小化容值优化方法

模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)广泛应用于直流配电系统。MMC由多个子模块组成,减小子模块电容可以降低子模块成本,提高变换器功率密度。分析了共模电压、环流和调制比对电容电压波动的影响,利用电容电压波动的解析表达式,通过注入合适幅值和相位的三次共模电压和二、四次环流,选取最优调制比,使目标函数电容电压纹波达到最小化,从而在一定电容电压波动率下使其电容取值达到最小化。采用所提方法可以使子模块电容容值的需求降低至常规方法的22%,变换器功率损耗降低至常规方法的87%,而开关管电流应力与现有方法相比只增加0.5%。RT-LAB实时仿真结果验证了所提理论的正确性和可行性。     

大功率储能变流器功率模组DC-link电容器的试验研究

从满足最恶劣运行工况下纹波电流和满足动态响应的电容容值这两方面,对三相大功率储能变流器功率模组中的DC-link电容进行了计算设计。在简化模型下,定性分析了功率模组间连接铜排寄生电感对电容纹波电流的放大效应,并采取实验验证的方式在整机装置上进行了测试验证。测试发现,模组采用铜排连接方式的原有设计不合理,电容纹波电流放大明显,不能满足设计要求。针对该问题进行了改良设计,模组间更换采用叠排方式连接,改进后模组内DC-link电容的纹波电流放大现象得到了明显抑制,满足整机设计要求。