模块化多电平整流器的控制策略研究

针对常用的模块化多电平变换器电容电压平衡控制策略存在电容电压波动较大的问题,在分析改变子模块电容值对其电容电压影响的机理基础上,提出了一种复合电容电压平衡控制策略。该策略将修改调制波的控制策略与改变子模块电容值的控制策略相结合,以控制电容电压的平衡;采用CPS-SPWM对模块化多电平变换器进行调制,将输入到PWM整流器的有功和无功电流通过精确反馈线性化解耦,实现对整流功率因数和整流后直流电压的灵活控制。Matlab仿真结果表明,该控制策略有效地减少了电容电压的波动,达到了预期的效果。     

牵引变流器优化控制仿真研究

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的应用进行了研究。首先分析了二极管箝位型五电平变流器(DCMLC)和模块化五电平变流器(M2LC)的工作原理及控制策略,分别构建了牵引变流器的优化模型;并根据CRH2A型牵引变流器主电路实际设计参数应用Matlab仿真软件对五电平DCMLC和M2LC分别进行了建模和仿真,比较和分析了牵引变流器中不同逆变器电路拓扑结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。仿真结果初步验证了两种优化模型对CRH2A型牵引变流器性能的改善效果。     

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。本文基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于本文中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(nearest level modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。     

一种新型单象限变频器预充电电路设计

针对传统的单象限变频器预充电电路存在结构和控制复杂,接触器、充电电阻等主要器件成本高、体积大的问题,设计了一种新型单象限变频器预充电电路。该电路采用三相半控整流桥替换传统的单象限变频器预充电电路中的二极管整流桥,并去掉了接触器和充电电阻;当变频器启动时,通过同步电路和单片机控制电路,三相半控整流桥的触发角从120°有规律地减小到0°,从而可使电容的充电电流在允许范围之内。试验结果表明,该电路结构简单、性能可靠、控制灵活。     

阈值区间双向逼近的MMC电容电压均衡策略研究

子模块电容电压均衡是模块化多电平换流器正常运行、实现新能源发电并网的重要技术指标。为实现模块化多电平换流器三相各桥臂子模块的电容电压的均衡稳定,提出了一种基于传统最近电平逼近调制算法的均压策略,即阈值区间双向逼近的模块化多电平变换器(MMC)电容电压均衡策略。通过计算子模块电容电压均值以及最大、最小值,选取合适的阈值区间,根据子模块电容电压将子模块进行分组,优先投入阈值区间内子模块,再次从低于阈值下限、高于阈值上限的分组中选择需要投入的子模块,最终逼近输出参考值。利用Matlab/Simulink仿真平台搭建模块化多电平换流器模型,利用S-function编写均压策略控制程序,实现了所提均压策略的换流器仿真。仿真结果表明,该策略具有比传统算法更好的均压效果,能够降低开关损耗;并且,在电容初始电压不同的情况下,该策略具有更快的收敛效果。因此,该结果对进一步优化模块化多电平换流器具有重要意义。     

井下局部通风机储能型变流器控制策略研究

针对传统集中式变流器的结构已无法满足井下通风机应急供电需要的问题,设计了一种集充放电为一体的双级式井下局部通风机储能型变流器,该储能型变流器既能在系统停电时作为应急电源使用,又能实现电网正常运行时的无功补偿功能。提出了双级式储能型变流器的控制策略:当局部通风机的双回供电线路正常工作时,储能型变流器处于在线运行模式,PWM逆变器采用P/Q控制策略,此时主要对蓄电池进行充电并对电网进行无功补偿;当局部通风机的双回供电线路出现故障时,储能型变流器处于应急供电模式,PWM逆变器采用V/f控制策略。提出了一种基于状态反馈共电流内环的平滑切换控制策略,将V/f控制器状态与P/Q控制器的输出反馈至输入,用以解决储能型变流器在应急供电和在线运行时2种运行模式切换过程中产生的电流冲击问题,实现储能型变流器的平滑切换。仿真结果表明:在2种运行模式下,该控制策略可使变流器实现稳定运行,并能够实现平滑切换,具有较好的稳态与动态特性。     

一种新型电力机车牵引换流器设计

针对传统交直交电力机车牵引系统存在主电路结构复杂、功率和电压水平受限等问题,基于采用全桥型子模块的模块化多电平换流器结构,设计了一种单相AC-三相AC电力机车牵引换流器,可直接驱动三相异步牵引电动机,从而取消了车载降压变压器,降低了电力机车牵引系统的复杂度。通过建立该换流器在两相同步旋转dq坐标系的数学模型,提出了一种外环定交流电压控制策略和内环直接电流控制策略。仿真结果验证了该换流器及控制策略的有效性。     

一种基于Simulink多路开关模块的三电平变流器高效建模方法

三电平变流器模型是仿真研究三电平变流器的基础,但既有三电平变流器建模方法比较繁琐。文章指出三电平变流器桥臂在功能上等效于多路开关,分析了三电平变流器的母线电位、中点电流和相电流,建立这些关键电位和电流的Simulink模块,并给出了利用这些模块高效建立三电平变流器模型的方法。对比所建三电平变流器Simulink模块与Simulink自带三电平变流器模块的仿真结果,仿真结果的高度一致性验证了该建模方法的正确性。     

基于MMC的光伏并网发电系统控制策略研究

随着光伏发电技术的发展,原有变换器不符合当前光伏发电系统大容量、高电压的要求。因此,需要提供以模块化多电平拓扑(MMC)为基础的光伏发电系统,在这个系统中光伏阵列需要通过升压电路集成于模块化多电平拓扑结构中的子模块中,从而有效提升系统容量。基于此,文章简单介绍了MMC拓扑结构以及基于MMC的光伏并网发电系统控制策略,在此基础上探讨了基于模块化多电平逆变器MMC的光伏发电系统结构设计。     

基于MMC的轻型高压直流输电系统的建模与控制

针对基于电压源变换器VSC的高压直流HVDC输电系统存在输出电压低次谐波含量多、需要体积庞大的滤波器和变压器、串联器件的动态均压等问题,提出了一种基于模块化多电平变换器MMC的轻型HVDC输电系统的设计方案;根据建立的MMC-HDVC输电系统的数学模型,详细介绍了该系统控制策略的实现。该控制策略从装置级和系统级两个方面控制MMC-HVDC输电系统,分别实现子模块电容电压的平衡控制及系统的功率解耦控制。仿真结果验证了该系统的可行性与有效性。