新型模块化多电平变流器的控制策略研究

针对轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的应用,基于新型的模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)结构,建立了MMC变流器系统的电磁暂态模型,分别研究了MMC变流器的装置级控制和系统级控制.其中装置级控制实现了对MMC变流器的多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制和直流侧电容电压平衡控制;系统级控制利用基于反馈线性化的非线性控制器,实现了对系统有功功率和无功功率的解耦控制.通过仿真软件PSCAD/EMTDC对所述控制方法进行了验证,仿真结果证实了控制方式的可行性.     

单相模块化多电平变流器控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平拓扑,输出与子模块数相关的多电平波形。MMC具有高度模块化、易扩展、输出波形好等特点,在中高压场合具有广阔的应用前景。分析了单相MMC的拓扑结构和工作原理,并通过一定的控制策略,对子模块电容电压平衡与环流抑制进行协同控制;利用载波移相脉宽调制(CPSSPWM)技术,等效提高了开关器件的频率,从而降低其损耗。最后用Matlab/Simulink对单相MMC进行仿真实验,验证了调制策略和控制策略理论的正确性。     

新型三电平变流器中点电压控制策略及其可控区域

针对三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)变流器中点电压波动问题,分析了三电平变流器基本工作原理,提出了一种适用于任意调制策略的三电平变流器中点电压平衡策略。该策略以输出线电压满足要求为控制目标,根据中点电压的波动情况实时修正调制策略的输出开关状态。鉴于单开关周期完全可控区域的重要意义,本文分别分析了调制策略为正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略时新型中点电压平衡策略的单开关周期完全可控区域。理论分析和仿真结果表明,新型中点电压平衡策略具有普遍适用、实现简单的优点,其单开关周期完全可控区域受调制策略、调制度、运行时间和功率因数的影响。     

TNPC三电平变流器并联控制策略应用研究

两台变流器并联会带来环流,TNPC中点电压的偏移也会导致控制系统失效,对三相TNPC三电平智能变流器并联控制技术策略展开研究,并进行实验验证.为实现并网工况下多台三相TNPC智能变流器并联,采用基于下垂控制的"功率-电压-电流"三环控制方法,并分析了下垂控制的工作原理;对系统中点平衡控制、环流抑制等关键技术进行了说明,...     

三电平ANPC变流器中点电位控制策略研究

本文详细分析了三电平有源中点箝位(ANPC)变流器中点电压波动产生的根本原因,提出了一种分区域控制的中点电位的平衡方法,该方法能够实现在变流器全范围工作区域内的中点电位平衡控制,且该方法运算量小,易于实现,对于空间矢量脉宽调制和三角载波比较脉宽调制方法都适用;本文同时利用三电平ANPC变流器的拓扑结构优势提出一种损耗平衡控制算法,改善了在高调制度低功率因数时中点电位平衡控制引起的开关损耗大的问题。通过仿真和实验验证了本文提出的控制方法能够同时实现三电平ANPC变流器的中点电位波动抑制和桥臂损耗平衡的控制,具有较强的工程应用价值。     

一种非隔离混合型模块化多电平直流互联变流器

针对直流电网不同电压等级直流线路互联、新能源直流送出及中压直流储能系统等典型应用场景,文中提出交错连接软开关混合型模块化多电平直流互联变流器。通过对由H桥变流链构成的"电力电子电抗器"中电流与斩波器开关的配合控制,实现了斩波器中全部串联电力电子开关器件的零电流转换,具有开关损耗小、易于动态均压的优点,特别适于采用晶闸管等半控型器件实现斩波变换;加之未采用隔离变压器且直流电抗器小,是一种适用于中、高电压等级,具有转换效率高,器件电压、电流应力小,成本低廉等优势的双向直流功率互联方案。文中描述该变流器的拓扑结构、运行原理与控制策略,进行基于PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真与基于动模样机的物理实验,验证变流器的原理特点及运行有效性,并与其他几类典型直流变流器进行对比,证明其在转换效率与经济成本等方面具有一定优势。     

模块化多电平变流器的低频控制策略

为了研究模块化多电平(MMC)低频电容电压波动的问题,提出了一种MMC低频运行控制策略。首先,建立了MMC的数学模型,从能量流动的角度研究了MMC的电容电压波动情况,指出桥臂能量偏差与系统的运行频率呈反比,致使系统在低频下无法正常运行。针对这一问题,提出了一种在桥臂环流和输出电压中加入高频方波分量的方法来抑制电容电压的波动,确保MMC桥臂能量的平衡。理论分析结果表明,相比于加入高频正弦分量的方法,采用该方法得到的桥臂环流的峰值降低了50%。最后采用上述方法进行了阻感和电机实验,结果表明,模块电压波动得到了有效抑制,电机低频调速性能良好,证明了所提出的控制方法的有效性。     

模块化多电平变流器的预充电控制策略

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)启动过程需要对电容进行充电,目前主要采用不控充电,但该充电方法并不能将电容电压充到稳态运行时的电压值。为解决该问题,根据半桥子模块的3种工作状态,提出了闭锁充电过程和半闭锁充电过程,能将子模块的电容电压充到稳态运行时的电压值。3分析了交流侧和直流侧的闭锁和半闭锁充电过程,并提出了具体的实现方法。仿真结果表明了所提方法的有效性,电容能被充到稳态电压值,且充电过程中没有电流过冲。     

模块化多电平变流器孤网运行控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)以其模块化的结构可使储能单元分散接入的优点,可作为微网系统孤网运行下的储能变流器。由于孤网系统具有大量的单相负荷,会导致输出电压不对称。研究了两相静止坐标系下MMC孤网运行的控制策略,分析了桥臂环流特性,并提出了相应的抑制方法。最后,经过仿真和实验验证了上述控制策略的有效性。     

高速动车组三电平PWM变流器控制策略的研究

本文以CRH2型高速动车组多电平牵引变流器为研究对象,将单相四象限变流器的瞬间电流控制策略和PWM控制方法相结合,提出了三电平逆变器空间矢量脉宽调制控制策略。通过Matlab/Simulink仿真平台来研究三电平牵引变流器在不同操作条件下的稳定性能,旨在验证该控制策略的正确性。     

T型三电平储能变流器控制策略的研究

大功率、轻量化、小型化是未来储能变流器系统(PCS)的发展方向,T型三电平拓扑结构在这方面有巨大优势。在分析T型三电平拓扑的基础上,采用比例积分(PI)控制与重复控制相结合的复合电流控制策略控制LCL滤波器,有效抑制了低次电流谐波的含量,提高了交流侧稳态电流质量。实验结果表明,系统稳定可靠,电流谐波得到抑制且电流动态响应速度快。     

一种新型三电平NPC变流器直流中点电压平衡控制策略

从两方面对现有三电平NPC变流器直流中点电压平衡控制策略进行分类,归纳了每类中点电压平衡控制策略的特点。根据各相开关状态对中点电流和输出线电压的影响,提出了一种适用于任何调制策略的新型中点电压平衡控制策略,与现有中点电压平衡控制策略相比,该策略具有原理简单、易于数字化实现的特点,但也存在开关损耗较大的不足之处,最后通过实验验证了文中提出方法的正确性和合理性。     

基于模型预测控制的模块化多电平变流器新型混合控制策略

针对已有的模块化多电平变流器控制方法需要多个参数控制器、整定复杂、计算量大及控制精度不稳定等不足,提出一种基于双闭环–模型预测控制的模块化多电平变流器新型混合控制策略。该策略采用双闭环控制实现交流侧功率无静差控制,采用建立代价方程和选取最优开关状态实现环流控制和子模块均压控制,并引入权重因子实现降低器件开关频率的目标。通过搭建11电平MMC仿真控制系统对所述理论进行验证,仿真结果表明,与已有控制方法相比,所提方法计算效率高,控制精度好,鲁棒性强。     

混合型五电平变流器中点电位平衡控制策略

有源中点箝位五电平变流器(5L-ANPC)由于其具有的固有特点,可实现混合型5L-ANPC拓扑结构,因此可利用GaN与Si器件的特性。针对其中点电位需进行主动调节的问题,提出一种基于PI的混合中点电位闭环控制方法,所提算法通过PI调节实现直流侧支撑电容电压动态稳定。最后通过一个2 kW单相变流器验证了中点电位平衡控制策略的有效性,建立了混合型5L-ANPC的损耗模型,同时对混合型拓扑的效率进行了分析。     

三电平NPC牵引变流器无传感器矢量控制策略研究

针对三电平二极管钳位型(NPC)牵引变流器在感应电机无传感器矢量控制中的应用,基于空间矢量调制算法(SVPWM),引入大小不同的中性点电压偏移阈值,在不同的阈值下对矢量作用时间采用滞环控制和主动控制相结合的方法,解决了中性点电压平衡问题。在全阶磁链状态观测器获取电机转速信息基础上,优化了矢量控制中电流内环控制架构,控制参数易于整定。在分析死区时间影响的基础上,提出了基于三电平SVPWM控制的实时死区补偿方法,具有实现简单、代码量少的优点。通过仿真和电机拖动实验,验证该控制策略的适用性和有效性。     

直驱型风力发电变流器低压穿越控制策略研究

研究了直驱型风力发电变流器系统低压穿越控制策略。首先提出了一种对三相电量进行快速准确的正负序分离软件锁相环。在此基础上,为消除直流电压的二次谐波,采用正、负序双电流内环控制不对称运行控制策略。正负序分离软件锁相环采用了正负序级联延时信号消除法,能够实现对三相电压电流基波正负序分量在同步旋转坐标下的快速提取,并且通过选择不同的参数,可以滤除任何次数谐波的干扰。该方法无需采用滤波器,从而同时具备了稳态精确性和动态快速性。现场实验结果表明,该软件锁相环为三相并网型风力发电变流器在电网发生跌落及谐波畸变时提供了良好运行控制提供保障,正负序双电流内环不对称运行的控制策略保证了在电网电压不对称跌落时的正负序分离控制,消除了直流电压的二次谐波。     

新型单相T型五电平非隔离光伏逆变器

提出了一种基于传统单相H桥拓扑和T型NPC拓扑相结合的五电平非隔离单相光伏并网逆变器拓扑结构,该拓扑包括两种结构,即通常的单相全桥和T型中点钳位结构.该拓扑通过一个由双向开关管组成的T型中点钳位结构来获得五电平,称之为T型五电平拓扑.具体分析了该新型拓扑的工作模态与共模漏电流抑制能力,该新型拓扑具有较高的效率,具有较低的泄漏电流,相比于传统的三电平拓扑具有很小的并网电流谐波和较低的开关管电压应力,可以减少并网逆变器的滤波成本和开关管器件成本.最后通过仿真和实验验证了理论的正确性.所提出的T型五电平拓扑符合非隔离光伏并网逆变器的相关标准,适用于光伏逆变器市场.     

一种模块化多电平变流器的变频控制策略

模块化多电平变流器作为一种新型的多电平变流器拓扑,具有无需隔离变压器、谐波含量低、便于四象限运行等优点。然而,由于模块电容电压低频波动较大,到目前为止,模块化多电平拓扑在变频调速领域还没有得到广泛应用。针对这一问题,提出了一种在桥臂共模电流和输出共模电压中加入高频方波分量的低频控制策略,同时提出了一种基于基频电流注入的高频控制策略,并研究了控制算法的切换问题。在此基础上,提出了一种模块化多电平逆变器宽频率范围运行的控制策略,该策略能减小电容电压的低频波动,维持模块电容电压的平衡,保证电机平稳启动并稳定运行。最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平变流器子模块故障容错控制策略

随着模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电领域的应用日渐增多,其故障下的运行控制问题显得越来越重要。为解决上述问题,比较了现有的几种容错运行方案,以保证并网电流不变为出发点,基于载波移相调制方法的特点提出了一种仅对子模块故障相作子模块对称切除的容错方案,该方法可减少子模块的切除数量,且通过对故障相的载波进行重构可避免中性点的偏移,同时通过对故障相子模块电容电压的调节保证了环流主要成分在故障前后不发生变化,依然以直流分量与二倍频分量为主,使得采用传统比例谐振(proportional resonant,PR)控制方式的环流抑制器在子模块故障前后可具有通用性,在保证并网电流质量的同时近一步减小了子模块故障下容错控制器设计的复杂性,实现简单。最后通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性。     

复兴号动车组四象限变流器新型控制策略研究

动车组列车运行时,接触网电压会在一定范围内波动,在22.5～29 kV要求动车组列车满功率输出。为确保中国标准动车组列车在网压大范围波动工况下稳定运行,提出一种四象限变流器新型控制策略。该控制策略通过电流内环、功率外环的双环设计和引入网侧电压的前馈控制,保证直流侧电压的抗干扰能力。功率外环设计引入接触网电压前馈量,使网压波动的干扰能够迅速被电流内环的快速响应所稀释,确保直流侧电压的恒定。理论分析、仿真和实验结果验证了系统具有良好的稳态性能和更优的抗扰性能。