基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

MMC-HVDC电容协同预充电控制策略

为预测基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)电容预充电的准确时间并实现子模块电容的额定充电,考虑冗余子模块在内,提出了一种启动预充电和停机过程都适用的协同调制策略。首先,建立了模块化多电平启动预充电不可控阶段的动态数学模型,并据此修正了不可控阶段直流电压的表达式以及启动限流电阻选取的表达式。其次,分析了换流器解锁瞬间存在冲击电流的原因,调整了限流电阻的切除时间,从而较好地抑制了解锁时刻的冲击电流。再次,针对换流器子模块级联的特点,提出了一种模块协同直流电压的调制策略,该策略解决了换流站直流电压和子模块电容电压的匹配问题。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了MMC-HVDC预充电仿真模型,对所提调制算法进行了仿真验证,结果表明,随着直流电压从Up开始升至Udc0期间逐渐将每相投入子模块数目从T(每桥臂子模块数目)下降至N(额定投入运行数),可以将子模块电容电压充电至额定值。     

基于改进型虚拟磁链的MMC直接功率控制

介绍了模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的拓扑结构和工作原理,针对MMC常用的双闭环矢量控制策略存在控制参数种类繁多、动态响应较慢等问题,采用虚拟磁链定向的方法实现了对MMC的功率估算,间接获取电压角度。提出一种基于二阶级联型惯性环节的改进型虚拟磁链观测器,解决了传统的虚拟磁链观测方法存在初始值选取和直流分量等问题。在Matlab/Simulink仿真环境下,搭建了20个子模块数的MMC仿真模型,仿真结果表明了基于改进型虚拟磁链的直接功率控制方法正确、有效。     

基于比例复数积分控制器的模块化多电平换流器环流抑制策略

根据模块化多电平换流器相间环流二倍频负序性质,提出了一种基于比例复数积分控制器的模块化多电平换流器环流抑制策略,通过将比例复数积分控制器的谐振频率设置为二倍频负序电网电压频率实现相间环流抑制。该策略中比例复数积分控制器不存在系统参数,无需旋转坐标变换以及电流前馈解耦控制,避免了因系统参数变化而导致控制效果不佳的问题。Matlab/Simulink仿真实验验证了该环流抑制策略的正确性和有效性。     

MMC-HVDC向无源网络供电的停机策略

修正了能馈阶段直流参考电压下降时的最低值,计算了系统整体停机时间,推导了能耗阶段内能耗电阻选取的表达式。在能馈阶段,考虑桥臂冗余子模块在内,将投入模块数和直流电压协调配合,提出了一种新的停机策略。该策略不仅可以最大程度地将电容中的储存能量反馈至电网,而且大大降低了能耗电阻的耐压等级和功率等级,同时电容电压可以精确地控制在安全电压以下,并且停机速度更快。最后,在Matlab中搭建了基于MMC-HVDC向无源网络供电的仿真系统,仿真结果表明了所提停机策略的有效性。     

MMC电容电压排序优化算法研究

根据模块化多电平换流器的运行原理,研究了传统电容电压排序算法导致器件开关频率增大的根本原因;为降低器件的开关频率,提高系统运行效率,提出了一种电容电压排序优化算法。该算法对传统排序算法进行了优化改进,给定3个电压参考值,将已投入的子模块电容电压值与参考值进行比较,判断是否继续保持投入状态。在Matlab中搭建了每相60个子模块的MMC电容电压排序优化算法仿真模型,仿真结果表明,该算法能显著降低功率器件的开关频率,减小换流器的功率耗损。