一种新型模块化多电平交流侧预充电控制策略

模块化多电平换流器(MMC)具有开关频率低、运行损耗小、波形质量高、子模块易扩展、故障处理能力强等特点,在学术界和工业界得到越来越多的关注。MMC正常工作前必须要进行预充电控制,即将子模块电容电压充至额定电压值,其目的是降低冲击电流,避免设备损坏,保证系统正常运行。此处提出一种新的交流侧预充电控制策略,首先通过子模块电容电压闭环控制得到子模块的充电功率,然后通过功率守恒得到交流电网释放的总功率。同时在充电过程中考虑桥臂内均压和桥臂间功率差控制,最终实现上、下桥臂子模块电容电压一起充电。通过实验验证所提策略的正确性。     

模块化多电平换流器的直流侧主动充电策略

柔性直流输电工程中,无源端的换流阀通过有源端进行预充电,子模块电压最多只能充到额定电压的一半。如果按照正常解锁逻辑,会产生非常大的直流过电流,因此必须通过主动充电策略将子模块的电压充到额定值。文中结合模块化多电平换流器直流侧不控充电及正常运行的特点,设计了通过逐步递减投入子模块个数的直流侧主动充电策略,可以实现无源端换流阀从直流侧不控充电状态至正常解锁运行状态的平滑过渡。同时,分析了直流侧主动充电过程的桥臂电流特性。最后,通过仿真和实际工程应用验证了设计的直流侧主动充电策略的可行性。     

模块化多电平换流器的预充电控制

为保证模块化多电平换流器的正常运行(modular multilevel converter,MMC),必须预先对子模块中的储能电容器充电。在分析MMC拓扑及运行机理的基础上,针对单端MMC及其在高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)领域的应用,提出了一种适合工程应用的两阶段预充电方案。仅利用自身交流系统,就可将电容电压快速提升至额定值。同时为避免充电过程中的过电流,对定直流电压控制进行了改进。通过MATLAB仿真,验证了所提方案的正确性。     

模块化多电平换流器的交直流侧阻抗模型

模块化多电平换流器(MMC)的阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统交、直流侧谐振及稳定性的基础条件。依据MMC的拓扑结构、运行及控制特性,同时考虑环流控制对MMC交、直流侧阻抗的影响,分别推导了MMC直流侧和交流侧的小信号阻抗解析模型。利用MATLAB/Simulink搭建了三相MMC详细时域仿真模型,采用注入小扰动电压/电流的方法测量MMC交、直流侧的小信号阻抗,与推导的MMC交、直流侧阻抗解析模型的计算结果比较,验证了解析模型的正确性。MMC阻抗模型仿真结果表明:在不加环流控制的情况下,MMC交流侧的小信号阻抗在低频范围内存在谐振峰;而加入环流控制后,该谐振峰能够得到有效抑制。     

基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略

针对基于模块化多电平换流器的电池储能系统,提出了电网电压对称运行和电网电压不对称运行情况的通用控制策略。其控制策略主要包括输出功率控制、电池荷电状态(SOC)均衡控制以及并网电流直流分量抑制。SOC均衡控制分为相间SOC均衡、桥臂间SOC均衡以及桥臂内SOC均衡。通过控制环流实现相间SOC均衡和桥臂间SOC均衡;通过调节各个子模块输出电压工频分量,实现桥臂内各子模块的SOC均衡。首先对基于模块化多电平换流器的电池储能系统的模型进行了详细分析;基于等效模型,提出了相应的控制策略。最后,通过仿真以及实验对所提出的控制策略进行了验证。     

模块化多电平换流器装置级控制器的设计

介绍了模块化多电平换流器的结构及原理,并搭建了数学模型。基于MMC的电容电压波动和环流问题,设计了MMC的装置级控制器。最后,通过Matlab/Simulink搭建了包含该控制器的MMC仿真模型。结果证明,该控制方法可有效地平衡换流器子模块的电容电压及抑制内部环流,并且不会对MMC外部输出的交流电压和电流产生负面影响。     

模块化多电平换流器直流输电控制策略

模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的控制策略及电流内环控制器对其故障时的运行特性有着重要影响。设计了电网电压不平衡下负序电流抑制策略和对应的限流环节。为解决正负双序同步旋转坐标下电流序分量分解和控制器较多问题,构建了基于比例积分和谐振控制的混合电流矢量控制。此外为降低桥臂环流对系统运行的影响,在分析桥臂电流构成成分的基础上,针对环流序分量2倍频特点设计了桥臂环流抑制器。仿真结果表明混合电流矢量控制能够实现直流和2倍频交流电流信号的统一控制,达到了负序电流和桥臂环流的抑制效果。     

模块化多电平换流器启停控制策略

为了平稳快速地启停模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter MMC),提出了可应用于有源或无源网络的MMC启停控制策略。启动控制策略和停机控制策略均可分为不可控和可控两个阶段,其中可控阶段可进一步分为直流电压可控和功率可控阶段。在不可控阶段,修正了启动过程的限流电阻参数,提出了停机过程的放电电阻选取原则。在直流电压可控阶段,采用子模块电容电压、投切数与直流电压协调控制方法,计算出启动时的直流电压跌落值和停机时的能量反馈比。在功率可控阶段,根据MMC应用于有源和无源网络控制策略的不同,提出了相应的策略。最后基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了所提启停控制策略的有效性和正确性。     

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。     

一种新型模块化多电平换流器电平数倍增方法研究

文章提出了一种新型的模块化多电平换流器拓扑结构。在传统模块化多电平拓扑结构的基础上,用3个新的子模块替换掉原桥臂上的一个常规子模块,新子模块电容值为常规子模块电容的2倍。并且提出了相应的控制策略,新子模块电容电压为传统子模块电容电压的一半,可以将桥臂电压的电平数由N+1提高至2N+1。并在此基础上采用改进型最近电平调制策略,最终将交流侧相电压电平等级提高至4N+1。同时在MATLAB/Simulink环境下,根据提出的拓扑结构和控制策略搭建了系统仿真模型。仿真结果表明,该方法在子模块较多的情况下能有效降低硬件成本、提高供电质量。     

一种模块化多电平变流器的环流分析及抑制策略

模块化多电平变流器(MMC)因其结构特点带来的环流问题使桥臂电流发生畸变,增加了系统损耗。这里建立了MMC的数学模型,以开关函数为出发点,对环流成分进行分析,并给出了各次谐波解析表达式。为实现环流的有效控制,提出一种基于比例积分(PI)+比例谐振(PR)的复合控制策略,实现了桥臂环流中的2次谐波和4次谐波的有效抑制。最后,仿真和实验结果证明了环流理论推导的正确性和环流抑制策略的可靠性。     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

模块化多电平矩阵变换器低频控制方法

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)在低频甚至零频率运行时,低频纹波电压与输出频率成反比,导致模块电容电压波动过大而影响MMMC安全运行。为解决该问题,提出一种MMMC低频控制方法。该方法外环采用层次化电容电压平衡控制,并基于能量交换规律将输出二倍频纹波电压当做有用成分,与电容电压直流分量共同参与平衡控制,最后,通过复合控制器实现MMMC相间平衡和低频纹波抑制的双重控制;内环采用各桥臂电流独立控制,避免了复杂的解耦变换和内部环流产生。该方法适用于输出零频率的特例工况。通过半实物实验验证了所提控制方案的可行性、有效性以及优良的动静态特性。     

适用于模块化多电平变换器的改进调制策略研究

在介绍模块化多电平变换器基本运行特性的基础上,分析了传统的最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)策略,针对传统的NLM调制提出一种优化改进策略,该策略能够将变换器的输出电平数由N+1提高至2N+1,有效降低变换器输出电压的谐波含量,提高变换器输出性能。同时,所提调制策略还能够降低子模块电容电压的波动,有利于延长电容器的使用寿命。最后,在PSCAD/EMTDC软件平台上建立了系统的详细仿真模型,验证了所提策略的有效性。     

模块化多电平矩阵变换器的电容电压平衡策略

模块化多电平矩阵变换器M3C(modular multilevel matrix converter)是一种可以实现直接三相交-交变换的多电平拓扑,在大功率、中高压的电力传输或者电机牵引领域有着广阔的应用前景,但M3C变换器包含9个桥臂,模块数目众多,直接控制困难,传统控制系统的设计方法难以适用.因此,首先从双αβ0解...     

交直流侧电流分别可控的模块化多电平换流器控制方法

对于模块化多电平换流器应用于柔性直流输电系统,由于已有的控制方法基于每相投入的子模块个数N不变的前提,因此,直流侧电压、电流不能直接控制,冗余模块得不到充分利用.文中提出的交直流电流分别可控的控制方法,其特点是N可变.首先在阀组级控制中合理安排投切子模块的个数、时机和选择方法,使N可以在一定范围内调节,然后在系统级控制...     

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

混合背靠背模块化多电平变换器设计

近年来模块化多电平变换器在直流输电和电机驱动领域引起了广泛的关注。然而在电机驱动领域,输出低频时电容电压波动大的问题限制了其应用。提出了一种混合背靠背MMC拓扑,整流侧MMC采用全桥子模块和半桥子模块混合的结构,逆变侧MMC全部采用半桥子模块。分析了采用变直流母线电压的方法时电容电压的波动规律,并给出了系统的控制策略。电机在很大的转速范围内,电容电压波动基本恒定。最后,通过仿真验证了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

一种改进的模块化多电平变换器调制策略研究

在介绍了模块化多电平变换器(MMC)基本运行原理的基础上,分析了传统的统一脉宽调制(SUP-WM),针对该调制策略输出电压电平数只能达到n+1(n是MMC各桥臂子模块个数),采用一种改进型SUPWM调制策略,该调制策略可以使得输出电压电平数达到2n+1,降低了输出电压的谐波含量和开关管的电压应力。最后通过Matlab/Simulink和MMC实验样机对改进型SUPWM调制策略进行验证,仿真和实验结果证明该调制策略正确、有效。