MMC子模块电压均衡及环流抑制方法研究

子模块电容电压均衡及桥臂环流问题会对模块化多电平变换器(MMC)的直流侧电压平衡及换流器内部稳定运行产生很大影响.提出子模块电压分块均衡控制策略以及基于矢量比例积分(VPI)谐振控制器的桥臂环流抑制策略.电压平衡控制方法采用分块原理,对子模块电容投入顺序分为三级进行,可以减小桥臂电压波动,而且可以减小IGBT的开关频率...     

MMC子模块故障下桥臂不对称运行特性分析与故障容错控制

针对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC),研究子模块故障发生后,桥臂子模块实际运行个数不对称情况下的运行特性,揭示其造成上、下桥臂电容电压基值不对称、各次不对称环流、直流电流波动、交直流侧电压偏置、各桥臂电流直流分量不对称等故障机理。基于平衡上、下桥臂基频电压分量的思想,提出一种具有子模块故障容错能力的环流抑制控制器,其通过在传统二倍频比例谐振环流控制的基础上引入基频谐振控制器,以解决不对称桥臂引起的一系列不平衡问题。基于 PSCAD/ EMTDC搭建双端201电平MMC-HVDC系统,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

MMC子模块故障后线电压恢复容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)桥臂无冗余子模块(SM)时,SM故障将导致故障相电压输出能力降低,进而导致MMC输出线电压不平衡。为恢复故障后无冗余MMC输出线电压特性,提高非故障桥臂SM利用率,文中基于中性点转移(NT)与直流分量注入(DCCI)控制,提出应用于无冗余MMC的SM故障容错控制策略。该容错策略通过NT控制,调整三相电压相角,确保输出线电压平衡。此外,文中提出三段式最优DCCI幅值计算方法。与现有方法相比,最优幅值DCCI能进一步提升非故障桥臂SM利用率,提高输出线电压幅值。基于PSCAD/EMTDC平台搭建三相MMC仿真模型,仿真结果验证了所提容错控制策略的有效性。     

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。     

模块化多电平换流器子模块故障时中性点移位容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)发生子模块故障后,由于桥臂子模块数目的改变,将使故障相的相电压输出能力发生改变,导致三相输出不对称。针对MMC子模块故障下容错控制问题,以保证子模块故障后线电压平衡为控制目标,提出了一种MMC中性点移位控制(NPSC)容错控制策略。其通过修正故障后各相调制波控制中性点在故障相的相电压矢量方向上进行移位,在完成子模块故障容错运行的同时简化了传统中心点偏移控制算法的复杂程度,易于实现。同时,文中分析了NPSC下对MMC系统运行的影响,指出了该种控制方式下桥臂电流工频分量与直流分量的分配特性。最后,通过仿真与实验进行验证,表明了理论分析与该容错控制策略的有效性。     

基于附加电平MPC的MMC环流抑制与子模块双重均压控制

针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制。通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之间的关系以及子模块电压波动的弊端,提出了环流抑制与子模块均压控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了31电平的模块化多电平变换器系统仿真模型,验证了所提策略的可行性与有效性。     

基于比例降阶准谐振的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器三相桥臂之间存在的数值较大的二次谐波电流即环流,不仅会影响换流器的稳定运行,同时增加了系统损耗。为抑制该环流,本文提出了一种基于比例降阶准谐振的MMC环流抑制器。首先借助二阶广义积分器检测并提取环流中的负序二倍频分量,再利用克拉克变换将三相环流变换到两相静止坐标,再利用降阶准谐振控制器实现对环流的无静差跟踪,得到参考电压修正量。该控制器能够快速精确地从环流分离出负序二倍频分量,且数字化实现简单。最后,在PSCAD/EMTDC搭建11电平MMC-HVDC仿真模型,验证了比例降阶准谐振控制器的有效性。     

基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平变流器(MMC)子模块数目较多时,系统结构复杂且发生故障概率较高。针对子模块的开路故障诊断问题,提出一种基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法。分析子模块故障特性,通过对比子模块组输出电压的预测值和实际值获得检测判据,根据检测判据诊断故障发生的子模块组及故障类型;改变子模块的工作状态,根据检测判据进行故障定位;定量分析分组检测时子模块电容电压的测量误差,为子模块电压分组提供依据。通过MATLAB/Simulink搭建49电平MMC仿真平台,在电容值偏移的情况下对不同类型的故障进行仿真,仿真结果表明,所提故障诊断定位方法能在减少电压传感器数量的情况下实现子模块开路故障诊断定位,提升系统的可靠性。     

考虑桥臂参数不对称和子模块故障的MMC协同控制策略

近年来,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）受到广泛关注并得到迅速发展,在实际工程中,MMC上、下桥臂参数不可避免地会存在不一致;另外,当MMC桥臂子模块因故障旁路时,会导致6个桥臂子模块数目的不对称,以上两种桥臂不对称现象,均会打破MMC内部原有的能量均衡,同时导致换流器阀侧电流出现直流和2倍频谐波,以及导致直流电流中出现基频和二倍频谐波等问题。为解决以上问题,该文考虑桥臂参数不对称和子模块数目不对称同时存在的复杂工况,提出了MMC协同控制策略,此策略在充分保留子模块电压保护裕度的前提下,即可抑制桥臂参数不对称导致的直流侧/交流侧谐波,又可抑制桥臂子模块数目不对称导致的谐波,有效的改善了MMC交直流输出外特性的性能。最后,搭建了双端MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析及所提策略的有效性。     

应用于MMC换流阀的新型子模块电容电压波动抑制策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）的体积和建造成本主要受到子模块电容的限制。主动注入二倍频环流或者三次谐波电压是一种有效的降容方式,但已有的谐波注入策略大多采用离线查表的方式计算注入参数,当工况发生变化时,需要重新计算注入参数,不适用于工况频繁变化的场景,且对于二者同时注入的耦合效应尚缺少分析。为此,首先分析了二、三次谐波协同注入对子模块电容电压波动的影响,接着研究了其对MMC运行特性的影响并给出注入参数的约束条件。然后,基于对子模块电容电压波动的分析,给出了谐波协同注入参数的优化结果。最后,在PSCAD中搭建了双端MMC模型,对所提策略进行了仿真验证,结果表明谐波协同注入策略能够有效抑制子模块的电容电压波动。     

模块化多电平光伏并网逆变器的不对称容错控制策略

建立了容错控制时采取热备用形式下模块化多电平换流器(MMC)的平均开关模型。针对MMC子模块发生故障时剩余子模块不足以支撑直流母线电压导致逆变器不能继续运行的问题,提出一种只旁路故障子模块的新型容错策略,通过改变子模块电容电压值和载波移向角的方法,保证环流中的主要成分不改变,同时降低故障后逆变器并网电流的谐波畸变率,使MMC能够继续运行。改进了容错时的最大功率点跟踪控制环节,解决了容错时直流母线电压的恢复时间长的问题。利用MATLAB/Simulink搭建了MMC的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

MMC子模块电容电压改进控制方法的研究

介绍了模块化多电平换流器电容电压测量及均压原理,指出传统的电容电压控制下,当桥臂子模块数目过于庞大时,电压传输信号较多,增加了控制器设计难度。针对这一问题,提出了一种改进的电容电压测量方法,该方法中参与控制的电压信号数量仅为传统测量方法的一半,有利于降低控制系统的设计难度,减轻控制器工作负担。首先详细介绍了电容电压改进控制方法下的模块拓扑结构和电压测量原理,然后在此基础上,设计了改进电容电压排序算法,减少传统排序过程中不必要的运算量,在数据处理过程中进一步优化控制器运算,保证换流器稳定运行。最后搭建了仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。     

基于动态虚拟阻抗的多并联逆变器间环流抑制控制策略

孤岛微电网中基于下垂控制的各分布式电源逆变器并联运行,其参数差异会引发系统环流.为此提出一种基于动态虚拟阻抗的环流抑制策略.首先分析了采用下垂控制的逆变器并联时所产生环流的组成成分,得出无功环流占主导以及线路阻抗不匹配造成无功环流的结论.其次在虚拟阻抗中引入无功反馈项,实现无功精确分配,从而抑制无功环流.通过在电压控制...     

Effects of virtual resistor in power electronic converter on subsynchronous oscillation damping

Virtual impedance concept provides the impedance effects without need to put real physically impedance in the circuit. In power system, oscillation will not occur as long as the impedance seen by turbine‐generator set is ‘passive’. In order to ensure the impedance is seen as ‘passive’ by the turbine‐generator set, a series resistor can be placed in the system. This paper proposes implementation of virtual resistor concept in grid connected power electronic converter to replaced the aforementioned series resistor, then analyze its impact on subsynchronous oscillation phenomena. It can be shown that virtual resistor can improve the negative region of converter input admittance. Moreover, it also gives us better damping in system involving grid connected inverter. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Mission independent fault-tolerant control of heterogeneous linear multiagent systems based on adaptive virtual actuator

In this article, a fault-tolerant control (FTC) scheme for linear multiagent systems (MASs) subject to time-varying loss of effectiveness and time-varying additive actuator faults as well as external disturbance is investigated. The main objective of the proposed FTC approach is to keep the performance of an MAS after the occurrence of actuator faults similar to the healthy one. The envisaged adaptive virtual actuator for each agent does not require a separate fault detection, isolation, and identification unit nor does it require any information regarding the mission of the MAS. It is shown that the difference between the states of each agent before and after the occurrence of actuator faults can be made arbitrary small and the ultimate bounds of the state error are also obtained. Furthermore, it is shown that for constant actuator faults the state error of each agent converges to zero. Simulation results corresponding to a team of F-8 aircraft and a heterogeneous MAS with the different order demonstrate and illustrate the effectiveness of our proposed FTC scheme.     

模块化多电平变换器上、下桥臂不对称运行环流重复控制

模块化多电平变换器(MMC)以其模块化、可扩展和便于冗余容错设计等优势在高压直流输电等大功率场合得到了很多应用。然而,采用大量电力电子元器件使可靠性成为制约MMC发展的主要因素,而通过设置备用子模块进而实现容错运行成为提高其可靠性的主要手段。针对含备用子模块MMC发生子模块故障导致上、下桥臂不对称运行的情况,本文通过理论分析表明,环流中不仅包含了偶次谐波成分,还包含了不对称运行产生的奇次谐波成分。据此,本文采用改进的环流重复控制器,在实现MMC故障后容错运行的同时,还实现了对环流各次谐波成分的有效抑制。所提出的环流重复控制器,不仅适用于上、下桥臂不对称工况,也适用于对称工况。因此,故障前后无需进行控制器的切换,降低了容错控制的复杂度。本文通过搭建单相MMC硬件平台,验证了所提控制策略的有效性。     

基于移相控制的三相交错并联LLC谐振变换器均流控制策略

为了适应大功率应用场合,多相LLC谐振变换器的交错并联结构得到了广泛关注和研究.由于并联各相LLC谐振变换器谐振参数(励磁电感Lm、谐振电容Cr和谐振电感Lr)的差异,各相的电压增益互不相同,进而导致各相电流不平衡.为了解决这一问题,基于原副边星形连接的三相交错并联LLC谐振变换器电路拓扑,详细分析了各谐振参数对并联LLC谐振回路均流的影响程度;提出了一种基于移相控制的均流控制策略,运用余弦定理求出谐振电流相位的关系,转化为开关管的相位驱动信号,在不增加任何附加电路的情况下,实现并联各相LLC谐振回路的自动均流,提高了系统整体运行的可靠性.最后通过仿真和实验分析了所提控制方法的有效性和准确性.     

电流型PWM变流器在串级调速中的应用

采用电流型PWM整流技术的串级调速系统,省去了电压型斩波串级调速系统中的直流Boost斩波环节,简化了系统的拓扑结构,同时也能够实现系统功率因数的提高和变压器网侧谐波含量的减少。考虑到电流型PWM逆变器在dq坐标系下是一个非线性耦合系统,不利于控制器的设计,采用精确线性化方法对原系统进行线性化并解耦,构造其伪线性系统模型,运用滑模变结构控制理论设计该伪线性系统的闭环控制器。同时,在Matlab/Simulink软件下,建立了基于此控制策略的模型并进行仿真。结果表明,该控制策略可实现电动机转速的快速、有效调节,同时可提高系统的功率因数,减少谐波含量。     

无传感器电流型控制开关电源斜坡补偿研究

本文首先介绍了几种常用的开关电源电流检测方法,并分析了这些电流检测方法的不足之处.在此基础上,本文重点介绍了不需要电流检测电路的无传感器电流型控制方法.通过以Boost变换器为例对无传感器电流型控制原理以及无传感器电流型控制的斜坡补偿问题进行的详细分析研究发现,对控制环路中的误差放大器输出信号提供具有适当斜率的补偿斜坡,可使系统获得更优的环路稳定性.     

基于dSPACE的电流跟踪控制的矩阵变换器控制系统研究

介绍了正弦环宽滞环电流跟踪控制的矩阵变换器的工作原理,并提出了变换器控制系统的实现方案。利用dSPACE硬件实时仿真平台进行了实验,实验结果验证了电流跟踪控制策略的可行性。