基于精简矩阵变换器的海上风电高压直流输电控制策略

海上风力发电与高压直流输电(HVDC)结合是未来风力发电及其电能传输的发展方向。受空间、运输、维护成本的限制,海上风电HVDC对功率变换器的体积、效率、可靠性提出了更高要求。精简矩阵变换器(RMC)具有体积小、重量轻、转换级数少、可靠性高等特点,在海上风电HVDC中有着巨大的应用价值。在对电流型RMC空间矢量调制策略进行深入分析的基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机组特点,提出了基于RMC和电压源换流器(VSC)的海上风电HVDC综合控制策略,实现了风电机组最大风能跟踪控制及并网侧有功/无功功率的解耦控制。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于RMC的海上风电多端高压直流输电研究

针对海上风电高压直流传输效率和可靠性不高的问题,把精简矩阵变换器(reduced matrix converter,RMC)应用到海上风力发电系统中,深入分析了RMC换流器拓扑及其双极性空间矢量调制策略.为了提高海上风电高压直流输电系统在岸上交流电网电压跌落等故障情况下的持续运行能力,提出了基于RMC换流器的海上风电多端口高压直流输电系统(MTDC,multi-terminal highvoltage direct current)拓扑,分析了RMC换流器、岸上VSC换流器、超级电容器储能3个端口之间的协调控制策略,通过超级电容器储能实现了系统的功率平衡控制,提高了系统的低电压穿越能力.文章对一个三端口RMC-MTDC进行了Matlab仿真,实验结果验证了所提控制策略的正确性和可行性.     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

精简矩阵变换器新型两步换流策略研究

分析了精简矩阵变换器(RMC)的双极性电流空间矢量脉宽调制策略,为了防止因两相输入电压大小接近时引起的输入电源短路,提出了在换流过程中加入换流死区的方法,提高了RMC换流过程的安全性。同时利用功率开关器件的特性,提出了一种RMC的新型两步换流方法,使换流步骤得到了简化,缩短了换流时间,并且该换流法无需检测输出电流方向,使成本得到了降低。搭建了一台以DSP和CPLD为控制器的BMC实验样机,实验结果验证了换流策略的有效性。     

矩阵变换器空间矢量脉宽调制控制算法及仿真研究

本文选择最有代表性的三相输入、三相输出交一交矩阵变换器为研究对象,在分析三相-三相矩阵变换器数学模型的基础上,给出了基于常用空间矢量脉宽调制策略的矩阵变换器调制模型和调制策略,并用Matlab Simulink建立了空间矢量调制的矩阵变换器仿真模型,给出了仿真实验结果。实验结果证实了所提出的空间矢量脉宽调制控制算法的正确性和可实现性。     

基于Boost电路的矩阵变换器特性研究

此处提出了一种内嵌式Boost电路的超稀疏矩阵变换器(USMC)拓扑结构,用于解决USMC电压传输比较低的问题。这种内嵌式Boost电路的工作原理在于在USMC的直流环节增加Boost电路,结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,推导出新型USMC拓扑结构的电压传输比及输出功率因数范围。相比于普通USMC拓扑结构,能够提高直流环节的输出电压,使逆变级输出更高的线电压,从而拓宽输出电压传输比范围,而且能降低输出电流的谐波畸变率。最后通过仿真和实验结果验证了该理论的正确性和可行性。     

面向分频海上风电系统的模块化多电平矩阵变换器混合建模与控制

分频输电(fractional frequency transmission system,FFTS)结合高压交流和高压直流输电的优势,是极具发展前景的大规模、中远海风电输送方案。模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M~3C)以其控制性能好、易于冗余扩展等优点,在海上风电FFTS中备受关注。然而,M~3C-FFTS中不同频率的输入和输出直接耦合,给系统建模与控制带来了挑战。为解决此问题,该文提出一种适用于M~3C的混合建模方法及相应的控制策略。对各子换流器的3个桥臂进行差模–共模分解,实现输入–输出解耦;对各子换流器桥臂功率进行αβ0建模,并分析桥臂功率低频分量与差模电流基波分量的约束关系。在此基础上,提出一种新型的M~3C-FFTS系统控制策略,通过构造差模电流的基波正序有功、负序有功和无功分量实现子模块电容电压平衡控制。所构造差模电流仅包含输入工频分量,显著降低控制策略的复杂度。最后,在220k V/400MW M~3C-FFTS中验证所提建模方法与控制策略的有效性。     

矩阵变换器电机系统及其关键技术研究

矩阵变换器具有体积小、输入电流正弦、能量可双向流动以及没有使用寿命有限的大电容等特点,是实现电机与变频器一体化的理想选择。全文给出了矩阵变换器电机系统结构,对矩阵变换器、矩阵变换器电机系统输入滤波电路设计、箝位电路设计、换流技术以及调制策略等关键技术作了分析研究,仿真结果验证了系统的可行性。     

精简矩阵变换器的能量双向流动控制策略

精简矩阵变换器是一种新型的功率变换器,具有体积小、重量轻、转换级数少和可靠性高等特点,在电网与电动汽车互动等领域具有很好的应用前景。本文对精简矩阵变换器的拓扑结构进行介绍,建立其数学模型;采用基于功率解耦的直接电流控制来实现能量双向流动;利用根轨迹法和Bode图对系统特性与稳定性进行分析,并对PI控制器进行设计;最后搭建RMC实验样机,实验结果验证了系统能够实现单位功率因数下的能量双向流动控制。     

基于CET变换器的串联型风电全直流系统研究

串联型汇集送出方案被认为是规模化远海风电全直流系统最可能实现的方案。为避免串联型直流风电机组因风电机组间耦合特性引起的过电压现象和风功率损失,使系统实现高压直流送出和具备直流故障自清除能力,提出了基于容性能量转移原理DC/DC变换器(capacitive energy transfer principle based DC/DC transformer, CET- DCT)的新型串联系统。该系统拓扑中海上升压站为CET-DCT结构,并采用基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的直流风电机组和岸上换流站。以实现风电机组全工况下的最大功率点跟踪、穿越多种直流故障为目标,设计了系统的控制与保护策略。基于PSCAD/EMTDC搭建了传统串联系统和新型串联系统的仿真模型。对传统串联系统风电机组间功率不平衡工况的仿真,验证了风电机组的过电压和风功率损失现象。对新型串联系统稳态工况和故障工况的仿真,验证了新型串联系统的运行特性及所提策略的有效性。     

含海上风电场的多端柔性直流互联系统频率稳定协调控制策略

海上风电技术的快速发展和高压直流输电技术的广泛应用,使得传统纯交流电网的网架结构和动态特性逐渐变化,系统面临惯性减弱、对扰动更加敏感等问题.为此,针对多端柔性直流(VSC-MTDC)互联系统,提出一种分布式协调频率控制策略,通过协调控制多个海上风电场出力来减小由VSC-MTDC系统隔离的异步交流区域电网的频率偏差.该策...     

矩阵变换器交流励磁系统控制策略研究

矩阵变换器是一种新型的交交变换器,相对于传统的交直交变频器,它具有输入功率因数可控,无需直流储能元件,结构紧凑,体积小等优点.本文将矩阵变换器用于双馈型风力发电机励磁系统,提出了双馈电机并网和发电运行时矩阵变换器交流励磁系统的控制策略,该策略是将矩阵变换器的间接空间矢量控制,与基于定子电压定向矢量控制策略相结合,从而实...     

基于DSP的双级矩阵变换器设计

研究了具有新型拓扑结构的18开关电路的双级矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC),分别推导了其整流器和逆变器的空间矢量调制策略,介绍了零电流换流方法.并以DSP为控制器,IGBT为功率开关,建立了实验装置,编制了相应的控制软件,在改变调制比和PWM周期的条件下,拖动了三相对称星形联结的感性负载.实验中成功地实现了对输出电压频率和幅值的控制,为进一步研究双级矩阵变换器提供了理论和实践基础.     

基于有源型M3C矩阵变换器的海上风电低频送出方案

提出一种基于有源型模块化多电平矩阵变换器(M3C矩阵变换器)的低频交流输电方案,可减轻一侧工频或低频交流系统故障对另一侧交流系统产生的影响.首先,对有源型M3C的拓扑结构进行介绍,并推导了有源型M3C的数学模型.然后,基于所建立的数学模型设计有源型M3C的控制系统,提出低频交流输电系统故障隔离策略和储能单元荷电状态均衡...     

基于矩阵变换器电压激励的永磁同步电机无传感器控制技术

介绍了一种矩阵变换器驱动的永磁同步电机转子位置估测方法。该方法利用矩阵变换器自身的空间矢量脉宽调制波形的激励,通过检测电机电流的变化进行电机转子位置的估测,无需借助注入高频信号即可实现低速和零速下的位置检测。该方法还能像基于基波模型的位置检测方法那样实现在中高速下的位置检测,可实现宽速度范围的运行。实验结果验证了该方法的有效性。     

关于矩阵变换器的综述

由于矩阵变换器没有大型的储能电路,输入输出功率因素可调,谐波含量小且大部分为容易滤除的高次谐波,其最大好处还在于能够直接将交流输入变成可调的交流输出,没有中间直流储能系统,体积大大缩小,安然方便,并且由于去掉了大容量的电解电容使得其故障率能够明显的减少。主要论述了矩阵变换器的原理与结构重点,讲述了矩阵变换器的空间矢量控制方法,以及四步换流的安全换流方法,并对现阶段矩阵变换器的主要研究方向做了简要的介绍。     

风电机组经低频输电系统并网的故障穿越协调控制

近年来,基于全桥功率模组的模块化多电平矩阵变换器（M3C）的海上风电低频输电系统（LFTS）发展迅速,具有广阔的应用前景。为保障电网的安全运行以及降低海缆的过压风险,经LFTS并网的风电机组必须具备故障穿越能力。研究风电机组经LFTS并网时的故障穿越能力,针对工频系统故障导致M3C传输有功受限,使得工频、低频系统功率不平衡,造成低频系统过电压问题,设计了一种基于多绕组移相变压器的宽频宽压电源系统（宽频电源）。当工频系统故障引起M3C闭锁时,通过宽频电源接管低频侧电压控制,实现风电并网系统故障穿越。搭建了35 kV/11 MW海上风电系统的PSCAD模型,仿真实验结果表明了所提方法的正确性,具有良好的LFTS工程应用前景。     

多端柔性直流电网平抑风电波动的协调控制策略

为了充分利用西南区域和华中区域调节速度快、调峰能力强的水电资源来跨区平抑"三北"地区由于风电波动所造成的频率大幅波动,提出一种在电压源型换流器型多端直流输电(VSC-MTDC)网络中跨区域平抑风电波动的附加控制方法,并将该风电跨区调节附加控制和有功功率-频率下垂控制(P-f控制)相结合,制定了具体的协调控制策略。当风电装机容量较大的区域电网中由于风电功率波动而导致频率偏移过多时,附加控制启动,抑制该区域电网频率的继续偏移。在风电剧烈波动或者出现其他故障的极端情况下,P-f控制启动,配合附加控制实现网络中各区域电网的频率稳定。RTDS仿真结果表明,所提策略能够有效地使风电波动被其他水电资源丰富的地区所调节,且维持各互联电网稳定运行。     

采用空间矢量脉宽调制的高频母线矩阵变换器

针对普通双级式矩阵变换器电压传输比偏低的问题,提出在高频母线矩阵变换器中采用空间矢量脉宽调制的方法,提高电压传输比;同时针对高频母线矩阵变换器直流母线电压波动较大的问题,提出一种补偿控制算法补偿电压波动,减小其对输出造成的影响。通过Matlab/Simulink建立系统仿真模型,仿真结果验证了高频直流母线矩阵变换器理论的正确性以及补偿算法的有效性。     

空间矢量调制矩阵变换器共模电压的抑制

针对共模电压对变频器驱动感应电动机系统的影响,分析了电动机端共模电压产生的机理和漏电流产生的原因。采用中间值零矢量对称交替调制技术,提出了一种抑制共模电压的控制策略,该策略削减了与输入相电压峰值相对应的最大共模电压,并使共模电压最大值降低33．37％,在一定程度上消除了矩阵变换器输出共模电压的负面效应。仿真结果验证了共模电压抑制策略的正确性和有效性。