混合MMC电磁暂态高效建模和阀段故障特性分析

由半桥子模块(half bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full bridge Submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有经济性高,能快速清除直流短路故障,故障恢复能力强等特点,非常适用于大容量输电系统。然而,如果仅利用详细模型进行仿真,计算效率难以满足科研需求。因此,针对混合型MMC,对半桥和全桥子模块分别进行了提速等效建模,在提速的同时不丢失子模块的任何信息,是一种精确的等效模型。等效建模后半桥子模块和全桥子模块具有同样的电路形式,可以根据需要灵活调整混合MMC中半全子模块比例。使用一种复杂度较低的混合型MMC排序算法,能大大减少快速排序对计算器的要求,提高仿真速度。在PSCAD/EMTDC中搭建了基于半桥子模块、全桥子模块和半桥与全桥子模块混合连接的三种MMC模型,对模型的精度进行了验证。利用验证正确的模型,进行了阀段故障仿真。     

基于电压电平的MMC模型预测控制

为了实现对模块化多电平变换器(MMC)的优化控制,该文设计一种基于电压电平的MMC模型预测控制策略。基于桥臂电压和与差的关系推导MMC系统的数学模型,由数学模型设计具有分层结构的模型预测控制器;控制器中的成本函数设计综合考虑交流电流控制、环流抑制控制和桥臂能量平衡控制;成本函数将选择出最优电压电平为脉宽调制器提供电压参考。此外,子模块电容电压平衡控制使用单独的控制回路实现。最后,搭建MMC的半实物仿真测试系统。稳态和动态测试结果验证了新型控制策略的效果。     

MMC-HVDC系统子模块电容与桥臂电感的选取和计算

为了研究模块化多电平换流器中子模块电容和桥臂电感的选取和计算方法,从正常运行时稳态能量交换过程、MMC功率输出范围、抑制相间环流、避免系统谐振以及故障工况下交流系统三相不平衡条件和直流双极故障六个方面分析了模块化多电平换流器中子模块电容和桥臂电感的约束条件及两者间的制约关系,根据分析给出了子模块电容和桥臂电感的参数取值原则和计算方法.利用Matlab/Simulink搭建了上海南汇柔性直流输电示范工程的仿真模型,验证了参数取值方法的合理性.     

主电路参数对MMC传导骚扰源影响研究

为了对柔性直流输电模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电磁兼容性进行分析和优化,考虑死区时间对子模块投切以及子模块电容电压波动和桥臂电流高次谐波的影响,建立了MMC传导骚扰源计算模型,分析了对骚扰源强度产生影响的MMC主电路参数。计算结果显示,在150 k Hz~30MHz范围内,差模骚扰源强度要高于共模骚扰源。通过对比分析,得出了子模块个数、子模块电容以及桥臂电感对骚扰电压影响的机理和规律。其中,子模块数的增多会使得死区时间的影响更为显著,从而增大差模和共模骚扰源的高频包络线,骚扰源强度随子模块个数增加呈现出饱和递增的特性;子模块电容和桥臂电感的均可以对传导骚扰起到一定的抑制作用,但除了桥臂电感可以显著降低差模骚扰源强度之外,其余影响均较为轻微。在此基础上,提出了考虑电磁兼容性优化的换流器主电路参数选择建议。     

基于CPS-SVPWM调制的MMC-STATCOM简化算法研究

针对模块化多电平换流器(MMC)难以实现多电平SVPWM技术,提出了基于CPS-SVPWM调制的MMC控制算法。该算法是将MMC等效看作上、下2N个三相半桥的串联,合理布置两电平SVPWM生成模块的位置后,结合载波移相技术,实现多电平输出。最后,在电力系统仿真分析软件PSCAD/EMDTC中搭建了基于模块化多电平换流器的五电平STATCOM仿真模型,结果表明基于CPS-SVPWM调制的MMC简化算法简单,控制效果好,电压利用率高,可以很好地应用到多电平MMC的控制领域,从而也验证了文中所提出的控制方法的有效性和可行性。     

MMC电容电压均衡控制系统设计及实现

保持子模块的电容电压均衡是MMC安全可靠运行的首要控制任务之一。为了简化SVM算法,利用两电平移相空间矢量调制算法实现MMC的多电平调制,假设MMC拓扑上同一级的三个半桥子模块构成一个等效的三相子模块,在α′-β′坐标系上对三相子模块进行两电平SVM调制,相邻三相子模块的参考电压采样信号移相Δθ。为了实现子模块的电容电压均衡控制,采用循环分配PWM信号的方法。并以一个桥臂级联5个半桥子模块的电路模型为例,设计控制系统,并完成实验。实验结果表明所提出的方法以及设计的系统成功实现了电容电压均衡控制,达到了预期的效果。     

考虑寿命损耗的模块化多电平换流器可靠性分析

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)已成为电压源换流器高压直流输电系统的首选换流器拓扑,如何保证其可靠性是MMC所要面对的重要问题之一.目前对于MMC可靠性分析大多认为其子模块在运行期间为恒定故障率,忽略了寿命损耗的影响.文中在分析已有可靠性研究策略基础上,考虑寿命损耗的影响,提出了一种基于两参数威布尔分布的MMC可靠性模型.针对子模块构成元件的寿命曲线,依据元件在不同运行时期故障率的变化建立基于威布尔分布的MMC可靠性数学模型,并与传统的可靠性计算模型进行分析比较.在Matlab中搭建仿真模型,验证了所提出方法的有效性与正确性.     

三相四桥臂模块化多电平变换器控制方法研究

模块化多电平变换器(MMC)由于其模块化可扩展、效率高和输出电能质量好等优点在高压大容量的场合得到了很多应用.然而,MMC需要很多个子模块串联来实现高电压等级的功率变换,子模块个数多且成本高成为制约MMC广泛应用的关键因素.三相四桥臂MMC通过四个桥臂实现对三相交流系统的控制,可以减少变换器所需的总的子模块数以及相关的元件数,具有很好的应用前景.本文首先分析了三相四桥臂MMC的拓扑结构及其数学模型,然后针对三相四桥臂MMC的结构特点,提出了一种基于60°两相系统的三相四桥臂MMC的控制策略.通过引入dq到AB的坐标变换Tdq/AB,实现了三相四桥臂MMC对电流的控制.在此基础上,增加内部电压控制和内部电流控制从而构成针对三相四桥臂MMC的完整控制结构.本文通过搭建三相四桥臂MMC硬件平台,实验验证了所提控制策略的有效性.     

混合型MMC全桥子模块的配置比例优化设计

由半桥子模块(half-bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器因具备无闭锁直流故障穿越能力,成为了柔性直流输电领域的研究热点。首先,对混合型MMC的拓扑结构进行分析,并介绍无闭锁故障穿越的机理。为降低FBSM的配置比例,减少换流站投资成本,在桥臂电压调制波中注入三倍频电压的条件下,对直流侧短路故障工况、降压运行工况进行了FBSM配置比例优化设计。计算表明,桥臂调制波中未注入三倍频电压时,FBSM配置比例需达到50%,注入三倍频电压后,FBSM配置比例达到43. 3%即可实现系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建401电平双端混合型MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和三倍频电压注入优化策略的有效性。     

考虑驱动参数影响的MMC子模块模型研究

为了研究驱动参数对模块化多电平换流器(module multilevel converter, MMC)正常工作时的电磁暂态过程及电磁骚扰特性的影响，建立了适用于系统级研究的MMC子模块暂态模型。模型采用机理推导、电气等效的方法，反映了驱动参数对电压电流变化率的影响并模拟了电压电流过冲等电磁暂态特性。通过与实际MMC子模块双脉冲测试对比，验证了模型的有效性。此外，通过机理推导和仿真分析，得出了驱动电阻R_G、栅极电感L_G和发射极电感L_E对电磁骚扰源的影响规律，有利于进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真，评估实际换流器的电磁骚扰水平。