基于RT-LAB的高频链直流变压器实时仿真研究

针对高频链直流变压器多模块特性与高频特性带来的仿真实现困难问题,提出了在RT-LAB仿真平台上实现其实时仿真的具体方法及理论分析。所提出的方法中,控制系统与主电路系统采用不同的仿真步长分别在CPU仿真器与FPGA仿真器中完成,能够在满足两者对仿真步长不同要求的基础上,实现实时仿真资源的充分利用。同时,对高频串联电感的分割原理进行了理论分析,以完成多个FPGA仿真模块的联合实时仿真运行,从而在根本上解决了高频链直流变压器由于多模块化与高频特性所带来的实时仿真矛盾。最后,利用上述理论与方法,完成了一个高频链直流变压器的实时仿真模型,并将其与Matlab离线仿真进行了对比实验。实时仿真实验结果证明了所提出的仿真方法和理论分析的正确性以及高频链直流变压器实时仿真的快速性与实用性。     

用于直流配电网的直流变压器参数计算与分析

直流变压器是促进直流配电网发展的关键设备。针对多重模块化高频链直流变压器,首先考虑开关管的安全运行与输出电压纹波控制,分别对串联电感和直流电容的取值提出了设计方法;然后针对单移相控制下的直流变压器进行了详细的分析,得到其高频链环节的运行特征与谐波特性,提出了其数值解析模型并给出了直流变压器数值模拟计算流程图。最后在实验室搭建了实验样机,并将样机实验结果与数值模拟方案计算结果进行对比,证明了上述数值解析模型的正确性与有效性。     

基于桥臂基波平均开关函数的MMC模型在直流电网仿真中的应用

在直流电网的研究中,模块化多电平换流器(MMC)的建模起着至关重要的作用。鉴于此,提出了一种基于桥臂基波平均开关函数的MMC行为模型,相比于已有的以桥臂为基本建模单元的MMC模型,该模型将MMC的解锁运行状态与闭锁运行状态结合为一个整体,且模型主电路中只采用了受控电压源、不变电阻以及二极管等静态元件,进而可以在现有的仿真软件上完成模型的图形化搭建而无需重新进行元件的编码与数值计算处理;同时,在所提出的模型中,由于桥臂基波平均开关函数可以直接从控制系统中得到,而无需通过调制系统,因此简化了整个模型的搭建与调试。通过与详细模型的对比实验,验证了所提行为模型的精确性与快速性。采用上述建模方法,对一个四端金属回线接地真双极直流环网的直流故障特性进行了仿真分析与研究。仿真结果表明金属回线的阻抗及接地电极的位置与阻抗都会影响接地性直流故障的故障电流,但对于双极故障则不会产生任何影响;而直流电抗器的使用,则会对双极故障具有“改善”作用,但随着直流电抗器值的增加,“改善”作用的提高度越来越不明显。     

应用于直流配电网的双向全桥直流变换器比较分析

对电容缓冲式直流变换器采用死区时间移相控制。通过比较分析电容缓冲式直流变换器与非缓冲式直流变换器的开关特征,得出了缓冲电容对高频环节波形特征、功率传输特性以及回流功率特性的影响,并推导了可以统一描述这2种不同拓扑结构的传输功率表达式与功率因数表达式,进而得出两者之间的联系与区别。对缓冲电容的取值进行了理论分析,提出缓冲电容的选取方法。仿真与实验结果表明了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

模块化多电平换流器交流故障穿越试验研究

针对模块化多电平换流器(MMC),研究了基于a,b,c坐标系的三相瞬时电流直接控制策略,建立了MMC瞬时电流直接控制方法。通过基于MMC的直流输电小容量试验样机,对MMC在各种交流电网故障情况下动态电流控制特性和故障穿越特性进行试验研究。结果表明,采用三相瞬时电流直接控制方法时,MMC在暂态过程中对电流控制性能良好,能顺利穿越交流电网故障,在故障期间维持有功功率传输,并提供动态无功支撑。     

基于移相控制的高频链模块化多电平直流变压器分布式控制管理策略及轮换电容电压平衡方法

该文针对应用于高压直流互联系统的高频链模块多电平直流变压器(high-frequency-link modular multilevel DC/DC transformer,H-M2DCT)移相控制策略进行研究。首先,提出移相控制在该结构直流变压器中的应用原则,并对该方法下的H-M2DCT运行特性进行详细分析,同时提出其适用于不同调制方法的通用数学模型;在此基础上提出H-M2DCT基于移相控制原理的分布式控制系统架构。在该架构下,H-M2DCT分别以两个全桥组别的独立相桥臂为基本控制单元进行分布式控制,每个桥臂之间的控制系统相互独立,且具有模块化与即插即用等特点,并利用该架构设计H-M2DCT的3种工作模式,从而拓宽其应用场景;同时,根据H-M2DCT的高频特性,提出适用于H-M2DCT的轮换电容电压平衡策略,减小了调制系统的计算负担与换流器的开关附加损耗,从而提高了每个桥臂调制系统的运行速率与换流器的运行。最后,基于新一代Si C功率器件,通过样机实验,对所提出的基于通用数学模型的控制管理策略及轮换电容电压平衡策略进行验证,实验结果证明了所建通用数学模型的正确性及所提策略和方法的有效性。     

面向源-荷-储互动的全阻断型直流配网运行研究

全阻断型直流配电网是构建面向源-荷-储互动电力系统的重要方向。由于没有直流断路器的存在，全阻断型直流配电网的启动、模式切换及故障处理等控制策略均高度依赖于其所连接的源荷储的协调，且与传统直流配电网有所区别。然而，现有研究主要集中于拓扑探索与故障处理技术，而对于全阻断型直流配网的整体运行缺乏直观的分析。鉴于此，以一个四端全阻断型直流配电网为例，提出了面向源-荷-储互动的全阻断型直流配网在启动、稳态及故障三种状态下的控制策略，并分别对源荷储在不同策略中的作用进行了分析。同时，基于Matlab/Simulink模型，对全阻断型直流配电网的整体协调控制进行了仿真，以期带来对全阻断型直流配网的直观认识。