不平衡电网下基于无源控制的MMC-UPQC电能质量综合治理研究

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)可用于高电压下电压电流的电能质量综合治理,但当电网电压不平衡时,电流电压相位和幅值发生变化,给综合治理带来困难.将无源控制方法应用...     

非理想电网电压下MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略研究

针对非理想电网电压时模块化多电平换流器(MMC)和统一电能质量控制器(UPQC)组合而成的MMC-UPQC,采用单一的PID控制、无源性控制(PBC)、滑模控制(SMC)的电能质量不够理想问题，提出了PBC与SMC组合的无源性滑模控制(PBC-SMC)策略来提高电能质量。首先，推导出电网电压不平衡时MMC-UPQC的总体数学模型，并对电压与电流进行正序与负序分离；然后，针对当前单一的控制方法的补偿效果存在的问题，提出了MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略来提高电压电流电能质量；最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性和可行性，基于PBC-SMC控制的MMC-UPQC系统能够很好地补偿电压电流，提升电能质量，且相比于PID和PBC控制，还有抗扰性更强、精确度更高、响应更快特点。     

电网电压不平衡时MMC基于非线性微分平滑控制方法*

针对电网电压不平衡时,模块化多电平换流器(MMC)系统出现网侧电流不对称问题,提出了非线性微分平滑控制方法。根据MMC系统拓扑,建立暂态数学模型,并分别对正、负序系统进行微分平滑性分析。功率外环采用基于功率前馈的微分平滑控制方法,为电流内环提供参考值;电流内环采用基于Lyapunov稳定理论的微分平滑控制方法,能够快速抑制负序电流,实现系统输出电流三相对称。在Matlab/Simulink平台上进行该控制方法和传统矢量控制方法的仿真对比,验证了非线性微分平滑控制方法具有更好的快速性和稳定性。     

三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov控制策略

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)应用于新能源海上风电直接AC/AC变换时，由于新能源发电的随机性及本身的非线性特性，在三相电压不平衡下MMMC输入、输出双侧电流常用的PID控制策略难以达到理想的控制效果，基于Lyapunov函数控制方法的控制器数量、控制复杂程度和控制效果都优于PID控制，提出了三相电压不平衡下MMMC的输入、输出双侧采用Lyapunov控制策略。根据MMMC的数学拓扑结构建立三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov的数学模型，证明了其具有全局渐进稳定性，讨论了控制不精确以及参数选择问题。最后通过仿真平台对提出的Lyapunov控制策略与PID控制策略进行仿真比较，验证了所提控制方法的正确性与优越性。所提Lyapunov控制方法相较于PID控制稳定速度更快，总谐波畸变量(THD)更低，且具有强鲁棒性，对参数的变化不敏感。     

电网电压不平衡条件下MMC的基于Lyapunov函数非线性控制策略

当电网电压发生不平衡时,采用模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)实现的高压直流输电系统会发生交流侧电流不对称、有功/无功功率产生二次脉动等问题。为了解决这些问题,根据MMC的拓扑结构建立了电网不平衡条件下MMC的数学模型,在此基础上建立MMC的Lyapunov模型,制定出了基于Lyapunov函数的非线性控制理论的控制策略,并讨论了关于控制不精确问题及参数选择范围。通过在Matlab/Simulink平台上对所提出的Lyapunov函数控制策略与传统PI控制方法的控制效果进行了对比,表明了所提出的控制方法的有效性和优越性,并在硬件平台上做了进一步实验验证。     

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器（modular multilevel converter, MMC）投入到固态变压器（solid state transformer,SST）系统中时通常采用比例积分微分（proportional integral derivative,PID）控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。     

不平衡电网电压下基于模块化多电平变流器的统一电能质量调节器的微分平坦控制

电网电压不平衡时,电流电压波动较大,基于模块化多电平变换器(MMC)的统一电能质量调节器(UPQC)采用简单的PI控制难以调节电能质量.针对MMC-UPQC在电网电压不平衡的运行状态,提出一种基于正负序分离MMC-UPQC的微分平坦控制(DFBC)方法,它能够综合治理电压和电流的电能质量问题.首先,根据MMC-UPQC的拓扑结构,建立其在不平衡电网下的数学模型,分析MMC-UPQC的内部特性,验证MMC-UPQC的平坦性和稳定性;然后,根据正负序分离方法,采用无需锁相环方法对检测量进行分离,基于微分平坦控制理论,搭建结合前馈参考轨迹和误差反馈补偿的微分平坦控制器,并将其应用到多电平、高电压的MMC-UPQC电能质量补偿系统中,综合解决电网电压不平衡状态下的电网电能质量问题;最后,通过实验验证了基于所提微分平坦控制器的MMC-UPQC系统解决电压暂升、暂降和注入谐波问题的有效性和优越性.     

不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。     

电网电压不平衡下MMC的无源控制策略

提出了电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器(MMC)的无源控制方法,其能很好地解决电网电压不平衡条件下MMC存在的交流侧三相电流不对称、有功功率出现二次脉动、无功功率出现二次脉动的问题。根据MMC的拓扑结构,建立MMC在电网电压不平衡条件下的数学模型,分析MMC在电网电压不平衡条件下的内部特性,并在此基础上设计电网电压不平衡条件下的环流控制策略。基于存储函数的无源控制理论,针对上述3个不同的控制目标,制定相应的非线性无源控制策略。     

不平衡电网电压下模块化多电平换流器的环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)内部环流的存在增大了桥臂电流的峰值和有效值,增加了子模块电容电压的波动幅度,影响电力电子器件的安全运行,因此,有必要对其进行有效抑制。通过对相单元瞬时能量进行推导和分析,指出电网电压不平衡时三相环流可能存在2倍频的正序、负序和零序分量,三相环流的直流分量不一定彼此相等。推导了三相环流直流分量即环流参考值的计算公式,并提出基于比例积分(PI)调节器和矢量比例积分(VPI)调节器并联的新型环流抑制策略,给出了相关控制参数的整定方法。新型环流抑制策略可直接在abc三相静止坐标系下执行,因而无需坐标变换和锁相环,控制结构简单,可同时消除2倍频正序、负序和零序环流,并且在电网电压平衡和不平衡时均适用。在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC仿真模型,验证了该环流抑制策略的正确性和有效性。     

不平衡电网电压条件下MMC控制策略综述

模块化多电平换流器(MMC)中负序电流的有效抑制对提高电能传输质量和系统稳定性具有重要意义。随着电网中出现不平衡故障的概率与日俱增，平衡网压下MMC的控制策略已不再适用。为此，从MMC内、外特性的影响因素出发，对国内外的研究现状进行归纳总结，并基于现有研究展望未来。首先，从外特性角度分析三个控制目标下不同控制策略的异同点，再进一步阐述引入多变量控制参数k后各电气量的变化趋势，并指出这些方法存在的局限性；其次，从内特性角度梳理环流注入、三次谐波注入对桥臂电流、电容电压的影响，并对相关研究的共性问题进行分析；最后，综合国内外对相关问题的分析与思考，提出该领域目前所面临的挑战，对未来需要深入探究的方向做出了展望。     

电网电压不平衡下直接功率矢量控制

基于三电平PWM整流器的数学模型,结合瞬时功率理论得到了三电平PWM整流器的功率数学模型。通过对电网电压不平衡时整流器进行分析得到了功率表达式。根据功率数学模型提出了用于电网电压不平衡抑制交流侧三相电流负序分量的DPC-SVM控制策略。仿真和实验结果表明,此处提出的控制策略能有效抑制交流侧负序电流。     

基于MMC-UPFC无源性滑模变结构控制的电网不平衡治理策略

电网三相不平衡是城市电网中的常见问题。基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)是智能电网主动控制的重要工具。首先提出了一种MMC-UPFC的基于无源性滑模非线性控制策略。该策略首先基于无源性理论,利用阻尼注入方法,建立了基于MMC欧拉–拉格朗日模型的UPFC正、负序无源控制器,并将滑模变结构控制与无源控制相结合,解决了无源控制对系统参数精度要求高的问题,赋予整个系统响应速度快、对参数与外部变化不敏感的特点。其次利用MMC-UPFC串联侧换流器,补偿线路负序电压分量,进行电网三相不平衡治理。最后结合实际工程实例,构建了27电平MMC-UPFC仿真系统,详细验证了所提出的MMC-UPFC控制策略及其对电网三相不平衡治理的有效性。     

不平衡网压下MMC子模块电压波动抑制策略

针对不平衡网压下模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压波动问题,提出一种注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制策略。首先通过注入共模电压使系统工作在较高调制比状态,然后根据半桥子模块MMC的数学模型推导出注入共模电压后的桥臂功率解析式,从而减小桥臂功率波动,实现注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制。最后通过搭建的17电平MMC实验平台对所提策略进行有效验证,实验结果显示该策略可有效减少子模块电容电压波动幅值。     

模块化多电平变换器三相电网电压不平衡控制策略研究

模块化多电平变换器（MMC）广泛应用于高压直流输电系统中,三相电网电压不平衡时,MMC输出电流谐波含量较高,因此MMC输出有功功率、无功功率波动较大,且波动频率为2倍的基波频率。为了提高MMC工作特性,首先,分析了三相电网电压不平衡工况下,MMC在不同坐标系下的数学模型,并推导了其控制策略;其次,提出了三个控制目标,分别为抑制输出电流负序分量、抑制有功功率波动与抑制无功功率波动;最后,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,验证了控制策略的有效性。仿真结果表明：基于所提的三个控制目标,MMC输出电流的谐波含量大幅降低,工作性能得到了提升。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。     

基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器桥臂电容电压平衡控制策略

建立了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的详细数学模型,讨论了串联式接入系统和并联式接入系统对MMC内部特性的影响,结果显示串联式接入更易出现上下桥臂电容电压不平衡现象;探讨了低频环流的本质,揭示了单相系统功率与环流的关系,得到通过控制桥臂电容电压可抑制低频环流的结论。以理想工况下桥臂电容电压为控制目标,设计了基于基频和负序二倍频旋转坐标系的电压平衡控制器,该控制器可同时适用于并联侧和串联侧。RTDS仿真结果证明在最近电平逼近调制下所提控制策略可有效控制桥臂电压平衡,并能抑制负序二倍频环流。     

不平衡电压下的MMC控制策略研究

模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)在高压直流输电领域有着众多优势,在未来传输新能源电能有着重要作用。在不平衡电压下,基于交流有功功率的分析,设计了基于正、负序控制的电流控制器,消除有功功率二倍基频波动。同时,MMC桥臂环流包含正、负、零三序分量,传统环流控制器(CCSC)仅考虑了负序分量,因而并不适用不平衡电压。在瞬时功率理论分析的基础上,提出并设计了一种基于直接控制环流正、负、零三序分量的环流控制器。通过Matlab/Simulink仿真平台,与传统二倍频负序旋转坐标变换的环流控制器对比,验证了所提出控制器的有效性。     

电网电压不平衡时三电平整流器静止坐标系控制研究

电网电压不平衡时,传统的整流器控制方法性能良好,但计算和控制复杂。和传统方法相比,文章采用的方法不需要对电网电压进行旋转变换和相位检测,也不必提取控制变量的正负序分量,从而有效降低了系统计算的复杂性和延迟。通过分析静止坐标系下的三电平整流器瞬时功率,在保证直流侧电压稳定及交流侧单位功率因数的条件下算得电流指令值。针对该控制方法,在Matlab/simulink数字仿真环境下对其进行了离散化仿真,实现了电网电压单相跌落或者有谐波时,直流母线电压基本稳定及交流侧电压电流同相位。     

不平衡电网下模块化多电平换流器的直流环流均衡策略

不平衡电网下模块化多电平换流器（MMC）存在三相直流环流不均衡问题,易导致相间电流应力和热应力差异,降低其在不平衡工况下安全运行能力。该文从桥臂功率角度分析不平衡电网下三相MMC直流环流不均衡现象和基于零序电压注入的直流环流均衡机理。提出一种零序电压注入的直流环流均衡方法,通过网侧电流与直流环流偏差量计算得到零序电压相位,经过比例谐振控制器生成零序电压注入量,进而实现直流环流的快速、有效均衡。在所提出的控制策略的基础上,研究该方法对MMC桥臂电流峰值、有效值及子模块电容电压纹波的影响规律。仿真与实验结果验证了该文理论分析与控制策略的有效性。