多端柔直系统MMC自适应下垂及抗扰控制研究

多端柔性直流输电(MTDC)大多采用模块化多电平换流器(MMC)作为其电压源换流器.此处在多电平换流器控制系统中采用母线电压-有功功率(Udc-P)下垂控制策略,针对传统下垂控制中因为固定下垂系数无法实现系统灵活调节、有功功率分配不合理、直流电压偏差等问题,此处采用自适应下垂控制方案,根据电压偏差自动调节下垂系数.为了维持母线电压稳定,此处分析功率波动对电压动态响应性能的影响,提出一种电压扰动观测器,来提高控制系统鲁棒性.将上述策略通过实时数字仿真(RTDS)实验平台来验证所提方案可以有效提高MTDC系统MMC控制性能.     

海上风电经双极柔直系统送出功率平衡控制策略

近年来,远距离、大容量的海上风电场的建设获得了快速的发展。基于模块化多电平的柔性直流输电系统（VSC-HVDC）是未来远距离海上风电并网的首选方案。海上风电通过采用双极的柔性直流输电系统送出,可以同时提升柔性直流的传输容量和可靠性。首先介绍了海上风电经双极MMC-HVDC送出系统,然后详细设计了该柔性直流系统双极优化控制策略,实现了双极传输功率平衡以及海上交流系统电压和频率的无差控制。最后通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建离线仿真模型,验证了上述功率平衡控制策略的有效性和可行性。     

柔直配电系统混合型MMC可靠性评估

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC) 作为柔性直流配电系统中的关键设备直接关系到整个配电系统的安全可靠,因此有必要对其可靠性的进行评估。本文首先对半、全桥以及混合型MMC进行比较分析,对比得出混合型MMC更适合运用柔直配电系统。然后通过对MMC工作原理、直流阻断能力、冗余配置的阐述计算出了全、半桥模块数及比例;建立元件可靠性模型并运用故障树法对混合型MMC进行了可靠性建模。最后利用Matlab针对冗余配置、全、半桥子模块比例、IGBT结温及损耗进行算例分析,得出结论：合理的冗余配置以及全、半桥比例是设计混合型MMC的关键所在。并指出IGBT的运行工况会导致混合型MMC的故障率提升。     

柔直电网自适应有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔直电网采用直流断路器对直流线路故障进行隔离,受限于目前国内高压直流断路器的研制水平,还不具备过负荷运行能力。针对直流架空线路永久故障后直流断路器过载危害设备和系统安全的问题,提出了送端换流站分别接入新能源场站和交流电网两种方式下的自适应有功功率协调控制策略,通过柔直电网RTDS实时仿真系统验证该策略的可行性和合理性,为柔直电网的远期升级改造提供技术参考。     

连接低惯量系统的MMC能量补偿控制策略

模块化多电平换流器(MMC)的能量控制不同于传统的环流电流抑制控制(CCSC),CCSC控制的是环流电流的二次谐波,而能量控制负责控制环流电流的零轴分量,来为交流系统提供能量。此能量来源于MMC的桥臂电容器,而不对另一端交流系统的频率和直流电压产生影响。基于能量控制,设计了模拟同步发电机的MMC的能量补偿控制策略,并在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立了2个低惯量交流电网用MMC-HVDC连接的模型。仿真结果验证了MMC可以为低惯量系统提供虚拟惯量,使其不影响直流电压稳定性的同时,保证了对端低惯量系统的频率稳定性。     

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。     

新能源采用柔直电网送出功率盈余问题解决方案

张北柔性直流电网工程采用真双极接线,在单极故障后,非故障极转带故障极部分或全部损失的功率时,可能造成功率盈余问题.经比较后,推荐在送端换流站装设交流耗能装置,通过投入交流耗能装置消耗盈余功率,使非故障极正常工作,再有序切除风机,确保孤岛方式下的交流侧电网平衡,保障柔直电网的安全稳定运行.     

基于半桥型MMC和混合式DCCB的柔直系统直流故障自适应重合闸技术

架空柔性直流输电是进行大规模新能源远距离并网的有效方案。考虑到架空线瞬时性故障概率较大,需配置有效的重启方法来进行系统恢复。传统的自动重合闸方案在重合于永久性故障时,会对系统造成二次过流危害,且需再次跳开直流断路器,加大了断路器的制造难度。为此,该文提出一种基于换流站主动注入信号的故障性质判别方案。该方法通过换流站和断路器的主动配合实现电压信号的注入,并利用行波折反射和低压判据识别瞬时性与永久性故障,进而实现故障测距与自适应重合闸。该方案耐过渡电阻能力强,且不受故障类型的影响,具有较高的可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建半桥型MMC直流系统的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证所提方法在故障性质判断以及故障测距方面的有效性。     

MMC柔直换流站稳态无功能力研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能够实现无功功率的独立控制和快速调节,MMC柔直换流站可以作为一种厂站级调节资源,提升电力系统无功区域优化水平.为此,针对MMC柔直换流站无功调节能力展开研究.首先,基于典型单端MMC柔直换流站拓扑建立数学模型;其次,分析影响柔直换流...     

MMC直流配电网的最优潮流控制策略

针对MMC柔性直流配电系统(MMC Based DC Distribution System,MMC-DCDS),从运行经济性和电压稳定性方面入手,提出了适用于MMC-DCDS的最优潮流控制策略。首先针对待研究MMC-DCDS系统的拓扑结构,明确了其可实现的运行方式和对应潮流分布特点;然后结合该系统的损耗特点建立了最小网损控制策略的数学模型,并通过包含精英策略的遗传算法对该数学模型进行求解;最后结合系统各种运行方式的特性研究分析了对应的控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建模型并进行时域仿真,结果表明:所提出的最优潮流控制策略可以在维持交流电压稳定的情况下,有效减小MMC-DCDS的输配电损耗。     

基于全桥MMC柔直换流阀损耗分析方法

基于全桥MMC的柔性直流输电系统,能迅速隔离直流线路故障,得到了广泛的应用。损耗是衡量换流阀的重要指标,文中对基于全桥MMC换流阀的损耗进行分析,运用分段解析计算的方法给出具体的计算表达式。首先,将MMC换流阀的总损耗分为通态损耗和开关损耗两部分。然后,根据桥臂电流的方向,桥臂电压与投入子模块个数之间的关系,运用分段解析方法得到MMC换流阀的通态损耗;之后,根据每个子模块投切状态变化对应的能量损耗进行分段解析计算,求得MMC换流阀的开关损耗;将这两部分损耗进行综合,从而得出基于全桥MMC换流阀的总损耗。仿真结果验证了文中所提出的损耗分析方法的准确性。     

MMC功率运行区域分析及环流切换控制策略

通过对模块化多电平换流器(MMC)动态特性和控制机理的分析,提出基于系统容量、电容电压波动阈值以及最大瞬时调制比的功率运行区域确定方法,并通过该方法对环流抑制和环流注入控制策略在不同子模块电容配置下的功率运行区域进行了比较分析。该方法可以优化子模块电容参数选取,避免过度冗余设计。此外,提出基于电压预测的环流控制器,使在不同工作点下可根据分析结果直接进行最优环流控制模式切换。对某单一桥臂子模块数为20的MMC系统进行仿真研究,结果验证了所提功率运行区域分析方法及其环流切换控制策略的正确性和有效性。     

单相H桥型MMC直接功率控制策略研究

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的研究主要集中在三相系统,很少有文献对单相MMC展开分析研究。文章分析了一种单相H桥型MMC的拓扑结构,建立其数学模型;通过构造和实际交流量成正交关系的虚拟交流量,提出一种基于αβ坐标系的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)策略;单相MMC桥臂电流中的二次分量将流入直流侧,为此利用准比例谐振控制器设计环流抑制器;最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于直流环流注入的MMC储能系统相间功率均衡控制策略

在网压不平衡工况下,模块化多电平储能系统(modular multilevel converter energy storage system,MMCESS)如果以并网电流平衡为控制目标,虽然可以保证交流系统安全运行,但是会引起各相放电速度不同,导致子模块储能电池荷电状态(state of charge,SOC)的不均衡。为解决上述问题,首先对比分析了传统MMC和MMC-ESS的内部环流特性;然后分析了以并网电流平衡为目标的不平衡网压控制对电池SOC的影响;针对这一问题,提出了利用注入直流环流的控制策略,有效地实现了相间功率均衡,并论述了直流环流控制器参数对系统稳定性的影响;以各相电压跌落度为变量,绘制各相注入的直流环流占额定桥臂电流比例的三维图,针对不同跌落度分析了各相桥臂电流的变化,为设备器件选型提供了依据;最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性及控制策略的可行性。     

双端柔直输电系统的改进无差拍控制策略研究

传统直流输电技术在功率调节速度、损耗、保护和控制等方面存在一定的不足。柔性直流输电系统的出现不仅解决了上述缺陷,而且具有功率独立可控、可向无源网络供电等优势,在新能源分布式发电、微电网等领域得到广泛应用。本文通过建立两端柔直数学模型,研究电压源型换流器(voltage source converter,VSC)控制策略。考虑传统无差拍控制运用于VSC换流器时具有控制延时以及电流闭环控制响应性差等问题,文中提出一种改进无差拍控制策略,通过预测k+2时刻采样电流,解决上述缺陷。最后通过联合仿真,验证所提方法的正确性与可靠性。     

基于电压电平的MMC直接功率预测控制策略

针对模块化多电平变流器（MMC）传统控制复杂的问题,本文提出了一种基于电压电平的MMC直接功率预测控制策略。与预测电流控制器相比,该控制策略的优点是不需要锁相环采集角度信息,能够摆脱旋转变换和内环电流计算。此外,所提控制策略采用三相统一控制,无需逐项控制,简化了控制结构。本文首先建立了MMC的数学模型,接着给出了所提控制策略的设计思路以及控制框图,最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。结果表明：所提策略在降低功率纹波和功率追踪方面具有显著优势,并且在暂态和网侧电感参数失配的情况下,仍能达到良好的控制效果,具有鲁棒性和快速响应能力。     

MMC控制策略比较分析研究

为了研究MMC的控制算法,将模型预测控制应用于MMC系统中,为了获得更好的控制效果,在模型预测控制中引入了死区补偿;并与传统的PI控制器进行深入比较分析。最后通过样机实验表明:两种控制算法在控制MMC输出电压、电流,环流和电容电压平衡控制等方面均具有很好的控制效果;尽管模型预测控制输出电流波形质量不如传统PI控制器优良,但是在电容电压平衡方面表现出很大的优势;并且由于模型预测控制能知晓下一时刻的开关状态,并能预测最优的开关组合状态,所以比传统PI控制表现出更快的动态响应特性。     

基于MMC的新型铁路功率调节器的PIR控制策略

对于铁路供电系统的负序电流、无功补偿及谐波抑制问题,铁路功率调节器(RPC)具有良好的综合治理效果。采用MMC构造的新型RPC(MMC-RPC)具有耐高压、容量大和波形质量好等优点。首先分析了MMC-RPC的拓扑结构,并建立了数学模型;其次以Scott牵引变压器供电系统为例分析了电流补偿的方法;然后采用比例-积分-谐振控制器实现了交流补偿电流的准确控制以及MMC桥臂环流的抑制;最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,结果验证了所提出控制策略的有效性。