基于电压向量合成的模块化多电平换流器控制策略

介绍了模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的拓扑结构与工作原理,提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multi-level converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）控制方法.传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高,相应的开关损耗也高.设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切,极大地降低了模块开关损耗.同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统,在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制.仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低,电压波动范围小,实现了功率的闭环控制,具备很好的理论研究价值和工程应用价值.     

大规模多节点模块化多电平柔性直流输电换流阀控制周期优化设计方法

提出了换流阀控制周期的优化设计方法。基于模块化多电平换流器(MMC)的工作原理、控制架构和调制方式,提出影响换流阀控制性能的3个关键指标,分别为换流阀输出电平数、直流电压波动、阀解锁初始电流冲击;理论分析了其对换流阀控制周期的定量约束,并通过仿真与试验验证了理论分析的正确性,最后得出同时满足这3个指标的最大控制周期作为换流阀控制周期的最优设计值,并给出了工程应用算例。     

柔性直流输电系统MMC换流阀闭环充电策略

随着柔性直流输电系统的快速发展与广泛应用,其启动工况愈发具有多样性,MMC换流阀传统开环充电策略需要综合考虑系统状态变量进行参数配置,且配置难度大。由此提出了通用性的换流阀闭环充电控制策略,无需检测系统状态即能将子模块稳态电压控制在额定值,具有较好的适应性。首先,分析了柔性直流输电系统的三类充电回路及主动均压充电策略。其次,基于子模块特性不一致的均压需求分析,提出了完整的通用性闭环充电策略及对应的柔性直流输电系统的协调启动策略。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了三端直流电网模型,仿真验证了闭环充电策略。结果表明闭合充电策略通用于各类换流站的启动充电过程,且可将子模块电压平稳充电至额定值,同时不存在桥臂过流及子模块过压等现象。     

电网不平衡故障下电力电子变压器控制策略

针对电网不平衡故障下电力电子变压器(power electronic transformer,PET)高压级的相间均压问题和对电网电压的支撑问题,首先对负序电流注入法进行了研究,推导了需注入的负序电流幅值和相位,分析了有功电流和负序电流对电网公共连接点(point of common coupling,PCC)电压的影响,然后提出了一种新的适用于PET相间均压的零序电压注入法。仿真结果表明,电网故障时,PET仅传输有功功率,会降低PCC点正序电压,输出无功后可有效支撑电网电压。负序电流注入法和零序电压注入法均可实现高压级相间均压,但负序电流注入法需高压级具备更大的电流应力,且抬升了电网负序电压,而采用零序电压注入法时,高压级三相电流对称,对电网负序电压无影响。PET隔离级所有双有源桥(dual active bridge,DAB)传输功率均衡,低压级输出电压和功率恒定,不受电网故障的影响。     

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。     

多端柔性直流输电系统直流电压混合控制策略

多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制主要有直流电压偏差法和直流电压斜率法。直流电压偏差法在控制模式切换时存在较大的直流电压波动,而直流电压斜率法的有功潮流不能精确控制。针对现有方法的缺陷,提出一种直流电压混合控制策略,设计4阶混合控制器结构,阐述混合控制器配置原则和降阶变结构方法,最后搭建典型的三端柔性直流输电系统进行了仿真验证,证明了直流电压混合控制策略的直流电压接管更加平稳,并可以实现有功潮流的精确控制。