并联型风电变流器故障重构控制

由于海上环境恶劣,维护可及性差,海上风电变流器一般采用变换器并联结构来提升容量和可靠性。常规控制策略下,任一台变换器故障时切除该变换器,当全部并联变换器均发生故障时,风电机组停机。该文提出一种多变换器并联的变流系统故障重构控制策略,当该系统发生故障时,利用变流系统的正常桥臂重新构建变流器,这种重构控制策略基于控制指令的改变,无需冗余硬件配置。通过重构控制,切除故障桥臂,保持正常桥臂继续工作,充分利用变流系统的正常桥臂,进一步提升海上风电变控制策略的有效性和可行性。     

基于统一数学模型的三相四线有源电力滤波器的电流滞环控制策略分析

提出一种三相四线并联有源电力滤波器(APF)主电路统一的拓扑结构，三桥臂电容中分拓扑和四桥臂拓扑都是该拓扑结构的一个特例。建立了三相四线并联APF统一的数学模型和性能评价指标体系。在此基础上，文中分析了三相四线并联APF应用电流滞环控制策略时的性能，得出了各桥臂输出电流相互干扰的机理，并对两种电流滞环控制进行了比较，通过具体的仿真计算验证了所得到的结论。该文的理论推导和所得结论为改善三相四线并联APF应用电流滞环控制时的性能提供了较好的理论基础。     

四桥臂有源滤波器非正常条件下的状态分析

四桥臂并联APF用于解决配电系统中的电流谐波、中线电流过大和三相不平衡等电能质量问题。分析了四桥臂并联APF在各种非正常条件下的状态,得出了状态变化的机理,并通过仿真计算进行了说明,为设计四桥臂并联APF的保护措施提供了理论依据。     

一种新型的四桥臂三电平并联有源电力滤波器的空间矢量控制策略

提出一种新型的四桥臂三电平并联有源电力滤波器(APF)的空间矢量控制策略。基于参考电压分解的方法将复杂的开关矢量的选择问题简化为四桥臂两电平APF的空间矢量控制和四桥臂三电平APF的一个开关状态选择2个部分进行解决,从而解决了现有的控制策略普遍存在的计算复杂的问题。所提出的控制策略具有需要的采集量少、易于硬件实现的特点。通过具体仿真计算结果表明所提出的方法控制效果良好,具有较高的实用价值。     

模块化多电平换流器桥臂不平衡运行特性及冗余保护策略

当模块化多电平换流器发生子模块故障时,换流器将运行在桥臂不对称的状态,会引发基频环流增大等一系列问题,进而影响换流器的运行特性。为此,综合考虑冗余子模块以及桥臂不对称运行的影响,对柔性直流系统数学模型、子模块开关函数以及环流产生机理进行了深入分析。在此基础上,提出了改进的换流器冗余保护策略。与传统策略不同,该策略在子模块故障发生后,无需切除非故障桥臂子模块,通过调整子模块电压基值降低桥臂不对称度。在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了双端直流输电系统模型并进行了仿真验证,仿真结果证明所提出的策略可使换流器在桥臂不平衡状态下保持良好的运行特性,增强了换流器抵御子模块故障的能力。     

模块化多电平换流器桥臂不平衡运行特性及冗余保护策略北大核心

当模块化多电平换流器发生子模块故障时,换流器将运行在桥臂不对称的状态,会引发基频环流增大等一系列问题,进而影响换流器的运行特性。为此,综合考虑冗余子模块以及桥臂不对称运行的影响,对柔性直流系统数学模型、子模块开关函数以及环流产生机理进行了深入分析。在此基础上,提出了改进的换流器冗余保护策略。与传统策略不同,该策略在子模块故障发生后,无需切除非故障桥臂子模块,通过调整子模块电压基值降低桥臂不对称度。在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了双端直流输电系统模型并进行了仿真验证,仿真结果证明所提出的策略可使换流器在桥臂不平衡状态下保持良好的运行特性,增强了换流器抵御子模块故障的能力。     

模块化多电平直流变压器容错控制策略

为了提高模块化多电平直流变压器子模块故障后的容错能力,该文提出一种基于单侧双重移相控制的模块化多电平换流器（MMC）型直流变压器容错控制策略。首先,针对MMC-H桥型直流变压器,分析了双重移相控制下的工作原理与功率模型,研究了发生子模块不对称故障后的系统运行特性,揭示了旁路故障子模块导致系统桥臂电压不对称、子模块电压不稳定与环流波动的机理;然后,以单侧双重移相控制为基础,将一次侧桥臂内和桥臂间的移相角作为控制量,提出一种MMC型直流变压器容错控制策略,通过平衡故障桥臂平均子模块电压,解决桥臂不对称引起的系统不稳定问题,抑制了桥臂环流波动;最后,在Matlab/Simulink平台搭建了每个桥臂10个子模块的变压器模型,对单侧双重移相下的稳态控制与子模块故障后的容错控制进行仿真,验证了所提容错控制策略的有效性。     

一种新型的四桥臂并联有源电力滤波器的复合开关控制策略

为解决四桥臂并联有源电力滤波器（active power filter,APF）现有的空间矢量控制（space vector modulation,SVM）算法计算复杂、延时较大的问题,首先提出一种改进的空间矢量控制方法,详细说明该方法的原理和具体实现,通过仿真计算验证了该方法的正确性和有效性。同时,为使得四桥臂并联APF具有控制精度高和响应速度快的性能,将所提出的改进空间矢量控制和电流滞环控制进行了有效结合,提出一种兼具两种控制方法各自优点的复合控制策略。给出该策略的实现和参数计算方法,通过仿真计算和物理实验验证了所提方法的正确性和有效性。所得方法计算简单,易于硬件实现,对于提高四桥臂并联APF的补偿效果具有一定的应用价值。     

故障子模块切除后MMC运行特性分析和直流电流波动抑制

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的桥臂由大量子模块构成,器件故障的可能性很高。切除故障子模块后三相桥臂将处于不对称运行状态,交流相电流在故障相上下桥臂无法平均分配,导致直流电流波动。为此,首先建立子模块故障下MMC等值电路,然后推导分析了桥臂电流和直流电流波动分量和谐波构成。设计了一种新的抑制直流电流波动的控制策略。该策略的核心思想是在故障桥臂电压参考波上附加补偿电压分量。最后通过电磁暂态仿真验证了该方法的有效性与可行性。仿真结果表明:基频和二次谐波是直流电流波动分量的主导成分;应用本策略后,测试算例中直流电流波动分量被抑制到1%以下;电容电压动态修正环节可有效保证子模块投切计算数量与实际需求量一致。     

大容量APF并联系统环流机理研究

针对大容量APF并联模块间存在的环流问题,从系统和开关器件两个层面对APF并联模块间的环流形成机理进行了分析,并总结出几种环流抑制措施。在此基础上,提出一种APF并联系统的控制方法,该方法采用主从两级控制,分离电流检测与电流跟踪控制环节,通过消除电流检测误差、同步各模块控制算法的实现及PWM脉冲的生成来抑制环流。实验结果表明,当SPWM触发脉冲调制载波异步时,模块间会产生环流;模块间的环流对模块并联后总输出电流没有影响;所提控制方法能够有效抑制APF并联系统的环流,并取得较好的谐波补偿效果。     

有源电力滤波器容错控制研究

针对有源电力滤波器(APF)主电路中。IGBT易出故障的问题,提出了容错型三相四开关APF。介绍了新型容错拓扑的结构,并分析短路故障和开路故障下如何进行故障隔离与拓扑切换。由于每个桥臂故障后的容错结构,采用传统方法实现空间矢量脉宽调制(SVPWM)时较复杂,对比提出了相应的改进算法,并对比3种桥臂故障情况,进行了算法简化的理论分析。搭建容错型三相四开关APF实验平台,实验表明该容错控制方案可行。     

模块化多电平换流器故障容错控制策略

模块化多电平换流器型轻型直流输电系统,其拓扑结构中各桥臂级联了大量子模块,系统运行时容易出现可靠性问题。针对桥臂冗余子模块耗尽的情况,基于桥臂能量均衡和最近电平调制提出一种桥臂子模块对称切除及系统运行于不对称状态的控制方法,保证了系统不间断安全稳定运行。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了21电平两端有源的模块化多电平换流器型轻型直流输电系统模型。仿真结果验证了所提出的故障容错控制策略的正确性和有效性。     

基于负载自适应的辅助LC网络宽范围零电压开通的输入串联输出并联移相全桥DC-DC变换器

提出一种由2个移相全桥(phase-shifting full-bridge,PSFB)变换器模块和2个辅助LC网络组成的输入串联输出并联的DC-DC变换器。每一个LC网络连接在一个模块超前桥臂的中点和另一个模块滞后桥臂的中点之间。利用辅助LC网络,滞后桥臂开关管可以实现轻载下的零电压开通(zero voltage switching,ZVS),辅助LC网络的电流幅值可以自适应负载变化,即轻载时电流幅值大,用于实现滞后桥臂软开关管能量多,重载时,LC网络电流幅值小,环流损失小。因此,所提变换器适用于宽范围负载。对变换器的特点进行分析,并通过一个功率900W的原理样机验证了所提变换器的性能。     

一种基于公共连接点谐波分布的模块化APF无线并联控制策略

提出一种基于公共连接点(PCC)谐波电流分布的新型模块化有源电力滤波器(APF)无线并联控制策略,以克服传统有线并联控制技术存在的通信连接线多、控制复杂、硬件成本高、可靠性低等缺陷以及容量限制无线并联控制技术存在的模块补偿容量分配不均衡等问题。该策略充分利用PCC系统、负载及APF输出电流分布信息,采取一定的判别机制即可实现模块化APF故障冗余无线并联控制。首先阐述所提无线并联控制策略的基本原理,并提出包括检测、同步、故障辨识、故障和故障恢复辨识以及自动均流等完备的无线控制技术方案;然后提出基于该策略的模块化APF控制系统实现方法。理论分析和实验结果表明,所提新型无线并联控制策略实现了各模块在结构和控制上的完全独立,并联运行的灵活性、可靠性和稳定性较高。     

一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平换流器的子模块数量较多,增大了系统发生故障的概率,因此子模块故障的快速诊断和准确定位是保障换流器持续运行的关键。针对MMC子模块开路故障,提出了一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的故障诊断和定位方法。通过对故障后桥臂电流的特征提取,判断出故障发生的桥臂以及开路故障的类型;然后利用自适应观测器得到子模块电容电压观测值与实际值的残差,从而实现故障子模块的快速和准确定位;最后利用Matlab/Simulink软件搭建MMC变换器仿真平台,通过对不同相、不同桥臂和不同类型的故障进行仿真,验证了所提故障诊断和定位算法的正确性与有效性。     

不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

基于统一数学模型的三相四线并联有源电力滤波器的性能分析

具有中线电流补偿能力的并联有源电力滤波器(APF)主电路拓扑结构主要是三桥臂电容中分和四桥臂两种。由于目前还没有对两种拓扑结构都适用的数学模型，使得缺乏对两者性能的定量比较，对于应用哪种拓扑结构更合理存在一定争议，也使得设计控制方法和进行参数优化设计时的理论还不完善。该文提出了一种三相四线并联APF主电路统一的拓扑结构，建立了它的数学模型和性能指标体系。在此基础上分析了关键参数对三相四线并联APF性能影响的规律，并对两种拓扑结构进行了定量的比较，最后通过仿真计算验证了理论推导和所得结论的正确性。该文所提出的统一数学模型为研究三相四线制并联APF提供了较好的理论基础。 关键词：；；     

基于改进支持向量机的MMC-MG系统桥臂故障诊断

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)半桥串联结构微电网系统桥臂中各发电模块通过串联方式连接,其投入和切除由半桥变流器(half-bridgeconverter, HC)中绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolar transistor,IGBT)的开通与关断来实现。而该系统在并网双闭环控制下,若桥臂中HC及其连接线路发生故障,会对系统的输出特性造成一定影响。为此,分析了HC中IGBT与其反并联二极管发生开路或短路故障,以及HC之间的连接线路发生开路故障时,桥臂输出电压电流、相间环流、并网电流等参数的变化情况。选取异常变化明显的参数作为特征属性,并用其构造样本数据集。另外,在系统桥臂的故障诊断中,针对采用传统支持向量机(support vector machine, SVM)时其准确率较低的问题,建立基于鲸鱼改进SVM的故障诊断模型。结合不同数据集,通过仿真实验对所建模型的有效性进行验证。结果表明：与传统SVM和BP神经网络算法相比,基于鲸鱼改进SVM的故障桥臂诊断方法准确率更高。     

模块化多电平换流器交流侧快速自励充电策略

为把模块化多电平换流器的数百乃至上千个子模块电容充电至额定电压,提出一种快速的、利用交流电源自身充电的自励充电方法。即根据桥臂电流幅值大小确定切除子模块的时间和数目,减少切除子模块的次数,避免桥臂电流较小、子模块电压上升缓慢的问题。剩余子模块继续充电,不断反复至某个子模块电压上升到额定电压,切除该子模块,并投入余下的电压最高的子模块充电。同时结合一种控制桥臂电流的方法投入或切除子模块,使桥臂电流幅值满足要求,直至让每个模块都充电至额定电压。工程验证结果表明,上述方法能够快速、安全地把换流器的每个子模块充电至其额定电压,利用桥臂电流幅值作为控制标准是有效和实用的。     

MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制

当模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统子模块发生故障时,上、下桥臂处于不对称运行状态,此时会导致上、下桥臂子模块输出电压之和不均衡,造成换流器内部环流不仅含有二倍频负序分量,还增加了基频分量,导致直流侧电流波动。基于MMC桥臂子模块不对称运行时平均开关函数,阐述了上下桥臂子模块数目不对称运行时子模块数量不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和,以及桥臂电流基频分量与桥臂正常运行子模块数量、环流直流分量和二倍频分量之间的关系。提出一种MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制策略,在实现交流电流跟踪、子模块电容电压均衡的同时,可以实现故障时对环流基频和二倍频成分的抑制,使正常运行子模块电压维持在给定值附近,维持直流侧电流稳定。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。