DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

模块化多电平变流器低频调速系统控制方法

详细分析了模块化多电平变流器能量流动情况,研究了变流器桥臂能量波动的原因,并指出桥臂能量波动与运行频率成反比,且当模块化多电平变流器调速系统在低频运行时,由于模块电容电压波动过大而无法正常工作。针对该问题,文中提出在桥臂共模电流中加入高频正弦分量,并同时在变流器输出共模电压中加入高频方波分量,从而在变流器上、下桥臂间引入高频能量交换,抑制模块电容电压波动。阻感及电机负载的实验结果证明,采用所提出的控制方法后模块电容电压得到有效的抑制,低频调速系统性能良好。     

一种新型单桥臂电感模块化多电平变流器及其控制方法

提出了一种新型单桥臂电感模块化多电平拓扑,相比于常规的模块化多电平变流器(MMC)拓扑结构,每相节省了一个桥臂电感。针对这种不对称的拓扑结构,提出了一种控制方法:以省去下桥臂电感的变流器为例,在下桥臂级联模块的给定电压中加入与上桥臂电感电压对称的虚拟桥臂电感电压,实现变流器上、下桥臂对称运行。并结合MMC环流抑制算法给出了完整的变流器控制框图。最后,通过实验证明了本文所提出算法的有效性。     

模块化多电平换流器闭环均压策略研究

模块化多电平换流器(MMC)以其模块化结构、易于扩展及无需变压器等优点成为近年来的研究热点.子模块电容电压的稳定对MMC稳定运行至关重要,然而MMC各子模块电容电压均衡是MMC的难点.这里介绍了一种基于环流控制桥臂总能量和上下桥臂均衡能量的闭环均压控制方案.通过桥臂总能量控制器和能量均衡控制器来均衡子模块电容电压,确保子模块电容电压处于相同变化范围,保证MMC稳定运行.基于该策略搭建了单相五电平Matlab仿真和实验平台.实验和仿真结果验证了所述闭环均压策略的有效性.     

交流系统不平衡对MMC-HVDC运行影响分析及其保护控制

交流系统不平衡会引起模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)输出功率的波动与输出电流的不平衡,同时也会导致基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current transmission,M M C-HVDC)系统内部桥臂电流与子模块电压出现更大的波动,危及变流器的安全运行。文章分析了交流系统不平衡度以及控制参数对MMC桥臂电流与子模块电压的影响,构建了不平衡分量、控制参数与桥臂电流、子模块电压的三维函数。进而通过一次拟合的方式,得到了不同跌落程度下使桥臂电流峰值最小的控制参数值,最大程度地保证了MMC运行的安全稳定。最后搭建了静止坐标系下MMC控制系统,仿真验证了理论分析的正确性。     

抑制模块化多电平变流器谐振的子模块电容参数设计方法

子模块作为模块化多电平变流器的重要组成部分,其电容参数的准确设计对于变流器安全稳定运行起到了极为关键的作用。该文根据模块化多电平变流器稳态工作条件下系统内部电气变量的约束关系,详细推导了桥臂电流与系统传输能量、系统运行状态之间的关系,通过桥臂电流进一步得出了流过子模块电容的电流表达式。考虑子模块电容最高工作电压限制及避免系统谐振,给出了电容容值、最高运行电压这两个重要参数的设计原则与计算方法。基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了所提设计方法的合理性与可行性。     

基于MMC的海上风电场柔性直流输电变流器仿真

针对海上风电场柔性直流输电变流器所采用的拓扑结构及控制方式进行了详细研究,主电路采用一种新型模块化级联多电平变流器结构,建立该结构的等效数学模型;根据变流器各相桥臂子模块电容电压对其进行排序,再结合桥臂电流方向及排序结果确定各模块状态,从而保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等;控制系统采用双闭环矢量控制方式,两端变流...     

基于模型预测控制的模块化多电平变流器桥臂能量控制策略

已有模块化多电平变流器(MMC)控制策略大多采用单一子模块电容电压参考给定的控制方式,存在无法分别控制不同桥臂子模块电容电压等不足。提出一种基于模型预测控制的MMC桥臂能量控制策略,通过引入桥臂能量共模分量和差模分量控制,实现各桥臂子模块电容电压的灵活控制;同时,基于MMC的暂态数学模型设计相电流及环流模型预测控制器,并引入电流误差反馈滚动优化,有效地实现了外部相电流和内部环流的解耦控制,使环流控制器具有能灵活实现环流抑制和环流注入的特性,且对系统参数不敏感。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平型变流器电容电压波动及其抑制策略研究

以模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)上下桥臂的功率流动和能量波动为出发点,得到模块化多电平变流器上下桥臂子模块电容电压波动的数学模型。分析子模块电压波动与MMC传输功率、内部环流等物理量之间的关系。提出通过控制MMC内部环流的二次分量来抑制子模块电容电压波动的控制策略,通过测量相电流瞬时值和相电压调制值得到内部环流参考值,引入准比例谐振(Proportional-Resonant,PR)控制器进行环流闭环控制从而抑制子模块电容电压波动。该控制策略无需坐标变换,无交叉耦合项,简化了控制器的设计。仿真表明,在保持子模块电容大小不变的前提下,该控制策略能有效抑制子模块电容电压的波动,改善MMC输出的交流电压波形质量。     

基于混合谐波与附属电压的MMC变频运行方法

针对模块化多电平变流器(MMC)在变频运行状态下子模块电容电压存在剧烈脉动、桥臂电流以及输出电流出现严重畸变的问题,提出一种基于混合谐波注入与附属电压能量控制的MMC变频运行控制策略。该策略从MMC桥臂能量出发,通过将注入混合谐波的高频共模环流与方波高频共模电压相结合,抑制子模块电容电压脉动并降低桥臂电流开关应力和系统损耗。同时,还引入了附属电压能量控制,实现了三相桥臂能量的均衡控制,简化了额外的环流控制器,改善系统的稳定性。最后通过实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

部分能量输入的三端口六边形MMC功率分析及环流控制

大容量多端口变换器可代替原有多个分立变换器,具有高功率密度、高变换效率、体积重量小和成本低等优势,可应用于电力系统互连、可再生能源汇集、多电机驱动等场景。在两端口六边形模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)结构基础上,通过在3个桥臂的H桥单元中引入有源前端,将这种六边形MMC扩展成一个无高压直流环节的三端口AC/AC/AC结构。根据桥臂功率分析,各个桥臂的功率分布存在差异,通过环流和中性点偏移电压实现功率平衡。通过对变换器进行建模,发现环流和中性点偏移电压存在关系,并基于此提出一种通过中性点偏移电压控制环流进而实现桥臂功率平衡的控制方法。在RT-LAB实时仿真平台上验证了所提结构能够实现桥臂功率平衡和双异步电机驱动。     

级联H桥多电平变流器直流侧电压平衡控制策略仿真研究

级联H桥(CHB)多电平变流器直流侧电压不平衡会导致局部器件过压、电流过大等问题,对此提出一种CHB多电平变流器直流侧电压平衡控制策略。首先建立变流器的数学模型,提出一种可实现并网电流控制的单相dq矢量控制策略;然后通过直流侧电压平衡机理分析,使用有功占空比分量调节各H桥占空比输出,实现CHB多电平变流器直流侧电压平衡控制;最后,在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建CHB多电平变流器仿真平台来验证策略的有效性。仿真结果表明,本文所提策略可实现电网电压、电流的同相位运行,保证变流器直流侧电压平衡。     

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。     

单相模块化多电平变流器SVG控制方法研究

为解决模块化多电平变流器用于需要无功补偿的单相系统时直流侧电压稳定问题,文章首先介绍了单相模块化多电平变流器(Modular multilevel converter,MMC)的工作原理。然后通过对MMC建模,分析了单相MMC内部电压不平衡会造成环流,在此基础上提出了基于环流控制的稳压方法和MMC子模块电容的均压方法。在上述均压和稳压方法下,实现了MMC补偿单相系统的无功功率,并提出了一种基于T/6的虚拟三相法检测单相负载无功电流。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了上述控制方法的有效性。     

模块化多电平变换器模型预测控制

模块化多电平变换器以其优越的性能在中高压大功率电能变换场合得到了广泛的研究和应用。推导了模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的离散状态方程,针对MMC多输入多输出的非线性特性,提出一种基于有限控制集合的简化模型预测控制,可以有效减少模型预测控制所需的循环计算和预测值计算次数。所提模型预测控制由最优输出电平求解和电容电压平衡控制两部分组成。首先求取满足交流电流和环流控制要求的桥臂输出电压电平,并以此电平及其邻近的电平为有限控制集合,考虑上下桥臂电容电压之和与之差的控制,求得桥臂输出电平最优解;电容电压平衡控制则由电压预测值排序法实现,用电压增量表示附加的开关动作,修正电容电压预测值后再进行排序,实现电压平衡控制并降低平均开关频率。在PSCAD/EMTDC中搭建MMC时域仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

模块化多电平变流器开环环流抑制策略的渐进稳定性分析

模块化多电平变流器相间环流的存在使得桥臂电流产生畸变,一方面增加了变流器的损耗,另一方面对功率器件的安全工作范围也提出了更高的要求。本文从两个方面分析了开环环流抑制策略的渐进稳定性。首先证明了开环环流抑制策略的基本原理,并在此基础上提出开环环流抑制的一般原理,为模块化多电平变流器开环环流抑制的系统设计提供了理论依据。其次,相比实现起来更为简单的实际值调制环流抑制方法,本文的基于桥臂能量的开环环流抑制策略具有模块电容电压自平衡的特性,无需施加额外的控制;同时,从理论上证明了该开环环流抑制策略具备在不平衡条件下电容电压自平衡的特性,从而证明了该方法的渐近稳定性。最后,通过仿真验证了基于桥臂能量的开环环流抑制方法的稳定性和其模块电容电压自平衡特性的正确性。     

模块化多电平变流器(MMC)两种调制比较

模块化多电平变流器(MMC)在子模块数较少的情况下,其输出电压谐波成分较大,因此通过优化调制方式来改善输出电压的谐波成分具有重要意义。首先回顾了基于电容电压排序的直接调制法和基于载波相移的调制法的原理,重点对两种调制方式下的输出特性以及桥臂电压进行了比较,最后通过单相MMC平台对两种调制方式进行了实验研究。     

基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器

模块化多电平变换器以其结构模块化、不需要变压器以及易于扩展到高电平等优点,成为近年来研究的热点。本文针对一种新型的模块化多电平变换器拓扑研究了其悬浮电容电压波动规律。首先从半桥臂的输出功率入手,分析了其功率脉动和一个周期内的能量变化,给出了电容电压波动幅值表达式。针对电容电压在低频下波动较大的问题,提出了一种电容电压波动抑制方法。采用叠加高频零序电压和相间环流的方式重构桥臂电压和电流,通过提高半桥臂输出功率的波动频率来减小悬浮电容的能量波动幅值,进而减小电容电压波动幅值。设计了一台三相五电平的实验样机并对上述控制方法进行了实验验证。     

网压不平衡下柔直换流端能量平衡研究

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的柔性直流输电系统近年来受到广泛的关注。针对电网电压不平衡下MMC运行情况进行研究,提出了一种能量均衡控制策略,以改善模块化多电平变换器在不平衡网压条件下的换流器内部能量平衡。该策略通过分析桥臂能量与各电气信号耦合关系,在0?β坐标系下建立桥臂能量数学模型,前馈补偿的加入提高了MMC在交流电网不对称故障和突发电压不平衡情况下的抗干扰能力。通过优化换流器内部电流分量进行桥臂能量平衡控制,实现网压不平衡下交流侧电流与换流器内部能量协同控制。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了双端MMC仿真模型。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。