基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

基于阶梯波调制的MMC电容电压平衡控制方法对比研究

针对阶梯波调制策略应用于模块化多电平变流器(MMC)时子模块电容电压的均衡问题,分析并比较两种典型的电容电压平衡控制方法。结合基于阶梯波调制策略的MMC工作机理的分析,详细论述开关序列轮换法和排序冗余选择法的基本思想和实施细则,给出两种控制方法在电压平衡效果、开关频率、算法结构和硬件要求四个方面的比较结果。依据相同的主电路参数,建立基于开关序列轮换法和排序冗余选择法的阶梯波调制MMC仿真模型和物理实验平台。仿真和实验结果表明,开关序列轮换法稳态表现良好,而排序冗余选择法有较强的暂态调节能力,后者具有较好的实用性和可靠性。     

基于改进算法的MMC电容电压平衡策略

基于电压源型换流器的高压直流输电采用全控器件IGBT,又称为柔性直流输电,其中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)技术具有开关频率低、谐波少、方便拓展等特点,现已成为学者广泛关注的热点,对其子模块均压控制则是该技术的关键.通过对MMC结构进行深入分析,提出了一种改进的电...     

基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略

针对模块化多电平变换器(MMC)存在的电容电压在不同工况下易出现波动的问题,设计了一种基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略,其中环流参考是基于桥臂电流瞬时值和对应调制信号获得的。相对于传统环流注入方案,新方案不需要确定输出电流的幅值和相位,具有一定的优势。此外,电容电压平衡控制方案中还设计了能够跟踪环流参考的闭环控制器。最后,搭建了5 kV·A级MMC样机开展了相关试验,试验结果验证了新型电容电压控制器的效果。     

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.     

基于载波层叠的MMC调制和电容电压控制研究

基于MMC直流侧电容之间电压不平衡问题,对MMC调制技术和均压控制方法展开研究。在分析了传统调制策略基本原理与电容电压平衡方法基础上,发现现有方法存在执行时间长、复杂程度较高等问题。基于PD-PWM技术提出简化的控制均压策略,该策略优点为简化了MMC子模块数量的计算操作,触发信号可直接提供给子模块,使MMC的均压控制更加快速有效。在Matlab/Simulink环境下搭建了MMC 9电平模型,仿真结果验证了该策略的有效性,较好地实现了输出电压控制和电容电压均衡。     

适用于现场可编程门阵列的MMC电容电压平衡控制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在HVDC输电中得到了广泛的应用,文中针对MMC存在的电容电压均衡问题,从工程角度出发,提出了一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)的电容电压均衡控制算法。该算法采用动态分组排序,可有效降低排序的运算量和提高排序速度;同时算法中又遵循了避免不必要的开关动作的原则,可降低器件的开关频率和减小开关损耗。最后,基于RT-LAB实时仿真系统构建了一个基于MMC-HVDC的双端风电场并网系统硬件在环半实物仿真平台,在该平台上验证了所提排序算法的可行性,同时在稳态和暂态工况下,验证了基于MMC-HVDC的风电场并网系统的控制效果。     

MMC子模块电容电压改进控制方法的研究

介绍了模块化多电平换流器电容电压测量及均压原理,指出传统的电容电压控制下,当桥臂子模块数目过于庞大时,电压传输信号较多,增加了控制器设计难度。针对这一问题,提出了一种改进的电容电压测量方法,该方法中参与控制的电压信号数量仅为传统测量方法的一半,有利于降低控制系统的设计难度,减轻控制器工作负担。首先详细介绍了电容电压改进控制方法下的模块拓扑结构和电压测量原理,然后在此基础上,设计了改进电容电压排序算法,减少传统排序过程中不必要的运算量,在数据处理过程中进一步优化控制器运算,保证换流器稳定运行。最后搭建了仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。     

MMC电容电压开环预估及控制新方法

对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的电容电压纹波进行了分析。针对开环调制中电容电压预估方法中含有积分环节,考虑估计所需电压电流信号中的谐波成分和干扰信号,直接积分运算受到影响,且存在积分初值选取和积分饱和等问题,提出两种改进的电容电压预估方法,即基于二阶广义积分的电容电压预估和基于双同步参考坐标系的电容电压预估方法。采用二阶广义积分器对输入的信号进行滤波,且不会对特定频率的信号幅值产生影响,可提高电容电压预估的准确性。在二倍频同步参考坐标系和基频同步参考坐标系上分别对上下桥臂电容电压之和与之差进行估计,避免了电容电压估计中的积分环节,适用于同步参考坐标系控制下的电压估计。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建的MMC仿真模型验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于ADALINE的MMC子模块电容电压均衡控制方法

目前模块化多电平变换器(MMC)多数应用场合中采用的子模块(SM)均压控制策略,大多需要采集SM电容电压,对于电压与功率等级较高的应用场合,由于需要采集所有的SM电容电压,系统的建设成本和占地面积将随SM个数的增多而显著增多。因此基于自适应线性神经元(ADALINE)原理,提出了一种无需SM电容电压传感器的SM电容电压监测方法。该方法能有效预测SM电容电压值且无需占用较多的控制器资源。实验结果表明,该方法简单有效,易于实现,具有较高的应用与理论研究价值。     

基于FCS-MPC控制算法的MMC电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)因其设计的灵活性及拓展的便利性,在解决电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)技术的电压与容量问题方面具有显著优势,是当下研究的热点。从VSC-HVDC的组成和基础理论入手,研究了MMC的运行原理,构建了MMC-HVDC在两种坐标系下的数学模型。引入预测控制的概念,研究了有限控制集的模型预测控制(FSC-MPC)在MMC-HVDC电容电压控制中的应用,并重新设计FCS-MPC的优化函数,避免了其应用于多目标控制时,由于引入权重因子而造成的控制系统参数设计困难的弊端,并通过Simulink仿真与实验验证了其正确性。     

MMC模块电容电压波动分析与均衡控制研究

针对模块化多电平变流器(MMC)各子模块(SM)电容电压不平衡问题,对载波移相调制(CPSM)下相应SM电容电压均衡控制策略进行了研究。首先介绍了MMC的拓扑结构,分析了其工作原理;其次为分析MMC SM电容电压的波动和内部环流的基本成分,以双载波移相调制策略为出发点,对电容电压波动和环流进行了数学分析;在此基础上将SM电容电压和上下桥臂电流作为反馈信号,提出了电容均衡控制策略;最后通过仿真建模和实验室环境下搭建的小功率单相MMC实验系统,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

新型MMC电容电压均衡控制策略研究

在模块化多电平变换器(MMC)中,大量悬浮电容的电压平衡控制是保证系统稳定可靠工作的前提条件。提出了基于载波层叠(CD)PWM技术的选择性循环虚拟映射(VLM)电压平衡控制策略,以解决传统CD-PWM技术中MMC子模块开关频率不一致的问题;建立虚拟子模块与实际子模块之间的选择性VLM关系,无需所有子模块排序操作。实验结果表明,采用所提出的电压均衡控制策略能在较低开关频率下,实现了MMC各功率单元间有功能量的平均分配和直流电容电压的均衡。     

三电平双PWM变换器电容电压平衡综合控制

针对三电平双PWM变换器电容中点电压平衡控制问题,提出一种网侧和电机侧电容中点电压平衡综合控制策略。该算法首先在每个开关周期对网侧和电机侧的三相电流和直流侧电容电压进行采样和预测,通过查表得到参考矢量所在扇区的中点平均电流计算式,进而给出一个能够表征电容中点电压预期控制指标的品质函数g。通过递推运算使g函数取最小值,从而获得下一个调制周期最佳中点电压控制的冗余矢量时间分配因子λ。仿真和实验结果表明,相比于常规单独网侧的中点电压控制算法,该算法具有较好的动态响应性能,能够使直流侧电容中点电压波动大大减小。     

新型MMC电容电压均衡控制策略

模块化多电平变换器(MMC)的子模块电容电压均衡问题是工程应用急需解决的难点之一。传统排序均压控制算法,存在需多个电流传感器的问题,推导了桥臂电流与相电流的关系,分别针对电压型与电流型调制策略提出了两种新的子模块电容电压均衡控制策略。该方法不仅降低了电流传感器的数目,而且能有效维持子模块电容电压的稳定,适用于多种调制策略。最后,通过搭建5电平的MMC实验平台,对提出的控制策略进行了验证,实验结果证明了提出的子模块稳压控制策略的正确性和有效性。     

基于二次谐波环流注入方法的混合MMC电容电压平衡控制策略

当高压直流输电系统直流侧电压降低时,混合模块化多电平变换器(MMC)将工作在过调制状态,面临电容电压不平衡的问题.分析过调制状态下混合MMC中半桥与全桥子模块电容充放电过程与能量变化,提出一种简化的二次谐波环流参考幅值的生成方法.采用二次谐波环流注入方法避免混合MMC中半桥与全桥子模块电容电压不平衡的发生,实现半桥与全桥子模块电容在一个周期内的充放电平衡,使混合MMC在直流电压降低时继续传输有功功率.仿真与实验结果表明,所提出的二次谐波环流注入方法能够有效实现混合MMC在过调制状态下的电容电压平衡.     

基于固定规则的MMC电容电压均衡策略

为了降低模块化多电平变换器(modularmultilevel converter,MMC)电容电压均衡系统的结构和算法的复杂程度,在最近电平调制(nearest level modulation,NLM)的基础上设计一种简单的基于固定规则的电容电压开环均衡策略。将最近电平调制阶梯波的每一级按照时间均分,再根据固定的规则安排子模块投切顺序,并周期性地轮换。建立电容电压开环系统的全维状态空间模型,得出系统一致渐近稳定时各模块开关函数应满足持续充分激励条件的结论,使所提均压策略的稳定性可以得到保证。所提算法运算量小、易于实现,可有效简化电容电压均衡算法的复杂性,仿真结果验证相关结论的正确性和有效性。     

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。