MMC子模块电容电压波动抑制

为了解决模块化多电平换流器在运行时,子模块电容电压波动较大会导致输出发生畸变,甚至影响系统稳定的问题,通过对桥臂进行能量分析,发现子模块电压电容波动中主要包含基频波动和二倍频波动,其中基频波动占主要成分,为了降低子模块电容电压波动,提出一种基于二倍频环流注入结合高频环流和高频输出电压注入降低子模块电容电压基频波动的方法,该方法首先通过注入二倍频环流减小桥臂能量中的基频功率,然后利用注入的高频环流和高频输出电压共同作用进一步减小桥臂基频功率,从而达到降低子模块电容电压基频波动的目的.最后通过搭建仿真电路,对比了未进行波动抑制、仅注入二倍频环流、注入二倍频环流结合注入高频环流和高频输出电压三种情况下的电容电压波动,并进行了有关谐波分析,验证了该方法的有效性.     

基于网侧功率前馈的二倍频功率有源解耦控制

在单相脉宽调制(PWM)变流器中输入功率存在二倍频波动,会导致直流侧电压二倍频纹波含量较高,需要大容量电容进行滤波.设计了H桥结构的有源功率解耦电路来吸收二倍频功率波动,通过网侧电压电流可计算输入的二倍频功率波动,进而获得二倍频有源功率解耦电路中电感电流或电容电压指令,并利用单电感电流控制环或电容电压外环电感电流内环的双闭环控制方式实现二倍频功率的有源解耦控制.分析对比了有源功率解耦电路采用电感电流单闭环控制方式和电容电压双闭环控制方式的优缺点,指出双闭环控制方式具有稳定性强、响应速度快等优点,并通过Matlab/Simulink仿真和Typhoon HIL602实验平台验证了该控制策略的有效性.     

基于级联多电平换流器的链式储能系统控制策略及直流侧谐波抑制策略研究

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术。基于级联多电平换流器的链式储能系统采用与交流电网直连的方式,若干功率模块级联实现交流输出电压的提升。该方案延续了储能设备响应速度快、效率高的特点,同时相较于传统的升压式储能损耗更小、谐波含量更低,尤其适用于大容量储能电站的应用。然而,链式储能系统的拓扑结构决定了其功率模块直流侧有较大的电流二次谐波,该谐波直接注入电池系统将导致电池系统高频率充放电,严重影响电池的使用寿命,降低储能系统的可靠性;国内外现有研究中,功率模块可以通过无源滤波设备与电池系统进行连接,一定程度上降低了电池侧的电流脉动。研究了基于级联多电平换流器的链式储能系统的控制策略,针对其功率模块直流电流二次谐波含量高的问题,提出了一种利用DC/DC变换器抑制电流谐波的策略,该策略可大幅降低功率模块直流电流二次谐波含量,适用于中压大容量级联多电平链式储能系统。最终,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

模块化多电平型换流器电容电压二倍频波动抑制策略研究

针对当前关于抑制模块化多电平型换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)直流电容电压波动的研究较少被涉及,提出了一种用于抑制MMC电容电压二倍频波动的控制策略。由于相单元电容电压之和反映了子模块电容电压的二倍频波动,所以采用二倍频负序旋转坐标变换将换流器三个相单元分别的电容电压之和分解为dq0轴分量,并设计了相应的附加控制器用于分别控制相单元电容电压之和的dq0轴分量,从而抑制了子模块电容电压的二倍频波动。最后通过Matlab/Simulink搭建了包含该附加控制器的MMC仿真模型,结果证明所提出的控制策略可以在不增大子模块电容值的情况下,有效地抑制子模块电容电压的二倍频波动,同时不会对MMC外部输出的交流电压和电流产生不良影响。     

基于子模块电压波动估计的MMC双环二倍频环流抑制策略

模块化多电平变换器以其优越的性能在大功率电能变换领域得到了广泛应用和研究。推导了MMC子模块电容电压波动和桥臂投入模块数的表达式,针对MMC环流控制器性能分析的多样性、复杂性和电压波动的计算问题,提出一种基于子模块电容电压波动估计前馈+电压电流双闭环反馈的复合环流控制策略,有效结合前馈控制的快速跟踪性和反馈控制的闭环跟踪性能,同时优化计算环节。所提方法包括四部分:子模块电容电压的前馈估算;基于小信号模型的二倍频环流电压指令计算;投入模块数的计算;子模块电容电压的排序及其投切。其中二倍频环流电压指令通过电压电流双闭环控制器获得,并通过等效闭环阻抗分析其动态性能,选取达到最佳抑制效果时合适的控制参数。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于桥臂二倍频电流分量重构的MMC降容控制方法

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已显示出很好的工程应用前景。降低MMC子模块电容电压波动对实现换流器的轻型化具有非常大的工程意义。通过对国内外降低MMC子模块电容电压波动的各种控制方法进行归纳总结,可知各种通过控制方案降容的方法的实质为在桥臂上注入谐波电压和电流。在此基础上,提出一种桥臂二倍频电流量重构的方法,并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建程序进行验证,仿真结果表明所提方法可有效降低子模块电容电压纹波幅值。进一步进行了低电容容值仿真验证,其在保持子模块电容电压纹波幅值不变的情况下,可有效降低子模块电容容值30%以上。另外,进行了MMC换流阀损耗分析,结果表明低电容容值工况下的换流阀损耗不大于对照工况下换流阀损耗。     

特定次谐波注入抑制模块化多电平换流器电容电压波动

模块化多电平换流器（MMC）电容电压波动抑制有助于降低电容器体积/重量,降低换流阀设备投入成本。推导了换流阀子模块电容电压波动分量及影响因素,分析了二倍频环流注入、三次谐波注入对子模块电容电压波动及换流阀的影响,提出的特定次谐波注入方法,可显著降低换流阀子模块电容电压波动,且桥臂电流峰值和有效值控制在允许范围内。以张北柔直工程参数为例,通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零、二倍频环流注入、特定次谐波注入情况下的电容电压波动、桥臂电流有效值和桥臂电流峰值,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于MMC的柔性直流输电电容电压波动抑制方法

经过分析模块化多电平换流器上下桥臂电流成分以及子模块电容电压波动特性,计算桥臂子模块电容2倍频电流,提出了一种抑制柔性直流输电电容电压波动的方法。该方法通过向桥臂中注入2倍频电流来抑制电容电压波动。设计了2倍频谐波注入控制器,通过控制桥臂中2倍频环流的大小来达到最优化减小子模块电容电压波动。通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零和注入二次谐波情况下的电容电压波动大小,并对电容电压波动进行了谐波分析,验证了所提出方法的正确有效性。     

平抑光伏系统波动的混合储能控制策略

蓄电池/超级电容混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度以及超级电容高功率密度的优势,适应用于微网。在Buck/Boost双向功率变换器与直流母线相连的独立光伏微网中,提出一种将储能系统总负荷功率滤波后,采用电流滞环控制蓄电池的充放电、超级电容提供差值功率的新型能量管理方案,以优化对混合储能系统的管理。为平抑光伏出力波动,实现对直流母线电压的控制,针对超级电容的Buck/Boost双向功率变换器,在电压电流双闭环基础上,利用输入电压、负载电流前馈环消除了二者的变化对输出电压的扰动,提高了系统的动态响应速度与控制精度;利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响,提高了系统的稳定性。仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

基于组合型双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究了一种基于组合型双向DC-DC变换器BDC(bidirectional DC-DC converter)的超级电容储能系统,该系统采用多组多通道交错Buck/Boost双向变换器串联,既可实现开关电流和电压应力的降低也可实现电感量的减小,同时有助于减轻超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。串联变换器模块间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。基于双向变换器的小信号模型分析了超级电容储能系统电流控制与变换器模块均压控制的关系,设计了组合型双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制超级电容充/放电电流的同时实现模块输入电压均衡的解耦控制。进一步根据母线电压变化及超级电容荷电水平提出了储能系统能量控制策略。通过两组三相交错Buck/Boost级联BDC储能系统的实验验证了控制策略的有效性。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

面向大容量直驱风电机组的机侧MMC电容电压脉动抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为大容量风电机组背靠背变频器具有良好前景，但机侧MMC运行时面临低频工况下子模块电容电压波动幅度大的难题。本文提出一种复合的二倍频环流叠加高频注入策略，通过二倍频环流注入抑制大量电容电压的二倍频纹波，并在此之上叠加高频注入进一步提高低频工况上下桥臂能量交换速度，达到大幅度降低子模块电容电压波动的目的。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型对所提策略的有效性进行验证。仿真结果显示，二倍频环流注入可抑制44.19%的电容电压波动，叠加高频电压和高频环流注入后可进一步抑制51.6%的电容电压波动，在相同的电压波动要求下降低了对子模块电容容值的需求。所提策略在风速突变下和并网点发生暂态故障期间仍具有有效性，适用于大规模海上风电并网等场景。     

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制EI北大核心CSCD

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。     

链式储能系统共模电流的分析及抑制

链式变换器具有适合用于大容量电池储能系统的结构特点,但是,储能电池较低的能量密度以及变换器功率模块与电池柜间较长的直流连接电缆,为链式储能系统引入了不可忽略的寄生参数,从而导致较大的共模电流,危及功率器件的安全。本文首先建立链式变换器的简化模型,分析链式变换器中共模电压通路及共模电流路径,并估算共模电流峰值,研究链式储能系统共模电流的抑制方法;最后通过仿真和实验验证了分析的正确性。     

MMC-HVDC功率运行区间的优化控制方法

提出了一种基于模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的功率运行区间优化控制方法。建立了换流器内部环流的模型,揭示了子模块(SM)电容电压波动对换流器内部环流的影响机理;设计换流器二倍频电流补偿的相间环流抑制方法,降低了SM电容电压波动,进而扩大换流器的功率运行区间。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了双端MMC-HVDC仿真系统,仿真结果表明所提出的方法能够有效扩大其功率运行区间。     

模块化多电平HVDC输电系统功率运行区间的优化方法

相比于两电平VSC-HVDC输电系统,模块化多电平HVDC 输电系统功率运行区间的确定还需考虑子模块电容电压波动这一因素。分析子模块电容电压与功率运行点之间的关系,并确定以子模块电容电压波动范围、最大调制比以及换流阀通流能力为约束条件的系统功率运行区间。在此基础上,提出三倍频调制电压注入和子模块电容电压基值调整两种功率区间优化方法,并设计用于抑制二倍频负序、四倍频正序相间环流的环流控制器和子模块直流电压基值控制器。非线性优化计算结果表明,通过配置合理的优化参数,系统功率运行区间显著扩大。基于 PSCAD/EMTDC,针对典型功率运行点进行仿真分析,验证了理论分析及控制策略的正确性。     

不平衡工况下配电网STATCOM的控制策略

针对系统电压不平衡对静止同步无功补偿器(STATCOM)运行的影响:直流侧电容会产生2倍频的电压波动;交流侧输出3次谐波电压和电流.影响STATCOM的输出性能及安全运行的问题.提出了解决方法和策略.STATCOM主要由直流侧电容、二电平逆变器和连接电抗器等组成.为改善STATCOM的运行特性.采取增大STATCOM直流侧电容容量的方法来抑制3次谐波电流:认为抑制3次谐波唯一的途径在于改进开关函数.采用新的开关函数后,STATCOM逆变器输出电压与直流侧电容两端电压的波动无关.实现了抑制3次谐波电流的目的;采用负序电压前馈控制策略.即采用不平衡控制策略.使得STATCOM逆变器的负序电流为零,达到抑制负序电流的目的.采用Matlab对所提出的方法和控制策略进行了仿真.结果表明.所提方法正确且策略有效.     

一种基于超级电容的输电线路在线监测系统电源设计

所设计的系统使用电流互感器取电,利用超级电容的大容量储能和快速充放电特性,经储能超级电容和放电超级电容输出给监测系统供电.电源根据负载端电压变化,通过控制储能电容与放电电容的通断,利用储能电容为放电电容充电,最后通过放电电容对外供电.针对母线电流不稳定,过压保护部分特别设计了能量再利用电路.仿真分析表明互感器输出功率在临界点波动时电源输出稳定,并可满足GPRS/GSM装置传输数据时的功率需求.经样机实测,装置运行效果良好.     

基于混合储能系统DC-DC变换器控制策略的研究

本文针对混合储能蓄电池充放电频率问题,提出了蓄电池单电流环与自适应电流滞环控制相结合的控制策略。该策略利用自适应电流滞环控制,避免蓄电池小功率充放电,降低了蓄电池的充放电频率,同时能够防止超级电容负荷超载。针对直流母线电压稳定的控制,超级电容采用带有功率前馈的双环控制,内环采用电流控制,外环采用电压控制,用以平抑功率的高频波动,能够更好地维持直流母线电压的稳定。仿真结果表明该控制策略可行有效。     

基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。