外加注入信号的MMC子模块电压波动抑制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)子模块(SM)电容电压波动问题,提出一种注入共模电压与环流的MMC SM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MMC SM的数学模型推导出注入共模电压后的桥臂功率解析式,从减小桥臂功率波动角度提出了一种高、低次环流抑制策略,实现注入共模电压与环流的MMC SM电压波动抑制.实验结果显示该策略可有效减少SM电容电压波动幅值.     

基于双SVPWM的MMC电容电压平衡控制研究

针对模块化多电平变换器(MMC)系统中存在的桥臂电压和子模块(SM)电容电压平衡问题,设计了一种基于双空间矢量脉宽调制(SVPWM)的MMC电容电压平衡控制策略。分别设置了两组SVPWM对三相MMC上、下桥臂独立控制,并结合使用冗余开关矢量实现了SM电容电压平衡。同时设计了SM外部电容电压平衡方法,以最小化计算负担。在SM选择过程中使用了负载电流的方向而非桥臂SM电流,降低了电流传感器数量。利用MMC试验平台对基于双SVPWM的MMC电容电压平衡控制方案进行了测试。研究结果表明,新型控制方案能有效平衡MMC电容电压。     

注入共模电压与环流的MMC电压波动抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)的子模块(SM)电容电压波动问题一直受到广泛关注.为减小SM电容电压波动,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SM的MMC数学模型推导了注入共模电压后的桥臂功率解析式,从减小桥臂功率波动的角度提出了一种环流注入策略,并且给出了一种环流参考值计算方法.最后通过搭建的三相17电平MMC DC/AC实验平台对所提策略的有效性进行了验证,实验结果表明,所提方法可大幅减小SM电容电压波动幅值.相比于传统环流抑制策略,以环流峰值提升19％的代价使SM电容电压波动减小了 53.3％,相比于单一环流控制策略,SM电容电压波动减小了 36.4％.     

基于模块统一脉宽调制的模块化多电平变换器优化模型预测控制

针对模块化多电平变换器传统模型预测算法(model predictive control,MPC)计算量大、权重因子调节复杂的问题,提出了一种优化的模型预测控制策略。通过控制各相上、下桥臂导通子模块的个数,控制交流侧电流快速跟随给定值,并抑制模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)内部环流。同时,基于子模块电容电压排序算法,稳定各子模块电容电压。相较于传统的MMC模型预测控制方法,该方法无需求解价值函数,很大程度上降低了控制器的运算量,同时有效控制了相电流、环流与子模块电容电压,适用于控制性能要求较高的场合。借助模块化多电平逆变器仿真模型与实验样机验证所提算法的有效性。结果表明,优化后的模型预测算法能有效抑制环流,维持子模块电容电压稳定,相电流快速跟随给定值,同时很大程度上减少了控制系统的计算量。     

基于拉依达准则的MMC子模块开路故障定位

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)凭借模块化结构等优点,被广泛应用于高压大功率输电领域。MMC含有大量子模块(submodule, SM),SM的开关器件故障是影响MMC可靠性的关键问题之一。其中SM开路故障不易及时检测,威胁系统正常运行,为此提出一种基于拉依达准则的SM开路故障定位方法。首先,对SM开路故障进行故障特性分析,根据SM开路故障会引起SM电容电压的异常变化,应用拉依达准则进行判别。其次,计算同桥臂内SM电容电压的均值和3倍标准偏差来构造一个置信区间,通过判断SM电容电压是否超出置信区间且持续一定时间来检测并定位发生开路故障的SM。该方法不需要额外传感器,不用建立精确数学模型,不用手动设置经验阈值,算法较为简单。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC系统仿真,并在实验室搭建单相MMC实验平台对该方法进行验证。仿真和实验结果表明,基于拉依达准则的SM开路故障定位方法能够快速有效地定位出发生开路故障的SM。     

基于自适应T-CFSFDP的MMC开路故障定位方法

模块化多电平变流器(MMC)含有大量子模块(SM),及时定位开关器件发生开路故障的SM是MMC系统可靠运行的关键问题之一。这里根据故障SM和正常SM之间电容电压变化的差异性,采用基于自适应截断平均数的快速搜索与发现密度峰值聚类算法(T-CFSFDP),可有效定位MMC中的SM开路故障。所提出的故障定位方法不需要创建复杂的数学模型和手动设置经验阈值,也不需要大量的训练数据样本,可有效定位故障SM。仿真和实验结果表明,提出的基于T-CFSFDP的MMC中SM开路故障定位方法能够快速有效定位开路故障的SM。     

五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合．而二极管箝位式多电平逆变器(DCMLI)因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受人们青睐。然而，该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，本文提出一种电容电压动态平衡控制算法。该算法基于空间矢量脉宽调制法(SVPWM)，通过选取合适的冗余开关状态，控制电容电流，从而达到控制电容电压的平衡目的。仿真验证了该算法的有效性。     

基于龙伯格观测器的MMC子模块故障检测方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)由大量子模块(submodule, SM)串联构成,是高压大功率领域最有发展潜力的变换器之一。SM功率开关开路故障和短路故障严重影响了MMC的可靠性,给MMC稳定运行带了巨大挑战。因此,为了快速地检测出故障SM,文中提出一种基于龙伯格观测器的SM功率开关故障检测方法。首先,分析SM故障特性,根据SM电容电压变化的数学关系,建立龙伯格观测器模型;然后,通过龙伯格观测器计算SM电容电压估计值,比较电容电压估计值与测量值,实现SM功率开关故障检测;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建MMC系统仿真平台,并在实验室搭建MMC实验平台进行验证。仿真和实验结果表明,龙伯格观测器能够准确有效地检测出SM开路故障和短路故障,验证了该故障检测方法的可行性与有效性,但要对每个SM进行监测。     

单相交/交MMC的简化模型及电容电压平衡

单相AC/AC模块化多电平(MMC)可以直接连接于25 k V的牵引供电网,无需笨重的50 Hz工频变压器,极大地减小了整个系统的体积以及成本。MMC的子模块(SM)电容电压平衡仍然是一个主要的技术问题,为此,提出了一种桥臂内和桥臂间电容电压平衡的方法。所提出的桥臂内电压平衡方法结合了传统载波移相脉宽调制(CPSPWM)和载波层叠脉宽调制(PDPWM)下电压平衡法的优点,桥臂内子模块电容电压平衡只需要2个比例调节器,极大地减小了控制系统的计算量;提出的桥臂间电压平衡通过连接上下桥臂的功率通道实现,避免了与输入/输出电压和电流的相互影响,解决了传统桥臂间电容电压平衡法中共模电流注入电网的问题。同时,建立了MMC的简化数学模型,该模型可以被看作背靠背的PWM变换器,并且清晰地揭示了功率流向。最后,仿真和实验证实了所提出电压平衡法的有效性以及数学模型的正确性。     

基于电容电压平衡的五电平堆叠多单元变流器空间矢量调制策略*

文中提出一种基于电容电压平衡的五电平堆叠多单元(SM,Stacked Multicell)变流器的空间矢量控制策略,使空间矢量调制(SVM)算法能应用于堆叠多单元变流器(SMC,Stacked Multicell Converters)这种新型拓扑结构的变流器中。通过对五电平SM变流器拓扑的研究,得出单相电路所有可能的开关状态及其对应的电流通路,并由此分析各个开关状态对电容电压的影响。在不改变空间矢量调制算法计算得出的冗余矢量和占空比的前提下,控制策略仅仅通过开关状态的选择达到同时调整悬浮电容和母线电容电压的效果。因此该控制策略能将任何空间矢量调制算法应用于SM变流器,抑制变流器的悬浮电容与母线电容的中点电位偏移。在Matlab/Simulink中构建SM变流器并进行仿真,仿真的结果证明了该控制策略的有效性。     

一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法

模块化多电平换流器(MMC)的子模块(SM)电容电压均衡问题是MMC工程应用急需解决的难点之一。文中针对采用电容电压进行排序,根据电流方向触发导通的传统电压均衡方法进行了改进和优化,引入了双保持因子,降低SM的开关频率,以减小开关损耗。同时,还通过引入能量均衡因子,使SM间的能量保持相对平衡,在保证换流器正常运行的前提下,对桥臂SM采用分组排序的均压策略,从而达到减小排序运算量,提高SM电容电压排序速度的效果。最后,通过在PSCAD/EMTDC下搭建11电平的MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果证明了所提出的优化均压方法的正确性和有效性。     

基于MMC的电机驱动新型控制方法

针对电机在低频工况下出现的电容电压波动、桥臂环流等问题,提出了一种无权重系数的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter ,MMC)驱动模型预测控制策略。在假设子模块(Submodule,SM)电容电压均衡的前提下,建立相电流目标函数并求取最优解,通过引入补偿电平数,实现对环流的优化控制。同时为改善传统排序均压控制算法速度较慢的不足,优化了现有SM电容均压控制策略,引入保持因子,并依据理想情况下MMC的电容电压规律,进行归并排序,保证了MMC中各SM电容电压的均衡。通过仿真验证了所提方法能有效实现对电机的控制。     

MMC模块电容电压波动分析与均衡控制研究

针对模块化多电平变流器(MMC)各子模块(SM)电容电压不平衡问题,对载波移相调制(CPSM)下相应SM电容电压均衡控制策略进行了研究。首先介绍了MMC的拓扑结构,分析了其工作原理;其次为分析MMC SM电容电压的波动和内部环流的基本成分,以双载波移相调制策略为出发点,对电容电压波动和环流进行了数学分析;在此基础上将SM电容电压和上下桥臂电流作为反馈信号,提出了电容均衡控制策略;最后通过仿真建模和实验室环境下搭建的小功率单相MMC实验系统,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器冗余运行控制策略研究

冗余子模块(SM)是保证模块化多电平换流器(MMC)正常稳定运行的前提。介绍了MMC含冗余SM的工作原理和数学模型,分析了3种SM冗余保护方案,提出MMC动态冗余运行方案。为抑制SM电容电压波动,提出能量均衡控制及基于电容电压排序算法的调制策略。基于Matlab/Simulink所构建模型的仿真结果表明,动态冗余控制策略可保证冗余SM正常参与工作并保持电容电压稳定,系统整流侧可输出良好的直流电压。     

MMC的载波循环正弦脉宽调制策略

悬浮电容电压均衡问题是模块组合多电平变换器(MMC)控制的关键和难点之一。此处提出一种可实现悬浮电容电压均衡的载波循环正弦脉宽调制(CRSPWM)策略,在分析载波层叠正弦脉宽调制(CDSPWM)的载波分配规律的基础上,通过载波循环的方法,重构载波与功率模块的对应关系,利用冗余开关状态来减小悬浮电容电压的充放电时间差异,实现MMC悬浮电容电压的均衡控制。实验结果表明,采用所提CRSPWM策略,无需任何电容电压控制措施可有效减小悬浮电容电压的波动幅值和各悬浮电容间的电压差异。     

多电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合。二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受青睐。但该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，文中提出一种适用于n电平DCMLI的电容电压动态平衡控制算法，该算法基于空间矢量PWM(SVPWM)法，用电容电压偏差值与各冗余开关状态下的电容电流预测值的乘积作为衡量电容电压偏离其平衡基准值程度大小的准则，通过选取使电容电压偏离程度最小的冗余开关状态来维持电容电压平衡并产生所期望的输出电压波形，但同时要舍去某些导致电容电压本质不平衡的特殊空间矢量。以5电平DCMLI为例，仿真验证了该算法的有效性。     

电容电压反馈LCL型储能VSG谐振抑制

在微网应用场合,储能虚拟同步发电机(VSG)技术通过控制其交流端口电容电压使新能源发电装置具有与同步机类似的频率和电压支撑能力,提高了微网系统的稳定性.但电容电压反馈会激发LCL型储能VSG滤波电路振荡,引起谐波谐振.在此建立了LCL型储能VSG系统的控制模型,深入分析和揭示了LCL型储能VSG系统的谐振机理,提出一种电容电压比例反馈与电容电压微分有源阻尼组合的谐振抑制策略,无需检测电容电流;对控制参数进行了优化设计,确保系统阻尼等效为正阻,提高系统稳定性.最后通过实验验证了所提谐振抑制策略的有效性.     

MMC-HVDC功率运行区间的优化控制方法

提出了一种基于模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的功率运行区间优化控制方法。建立了换流器内部环流的模型,揭示了子模块(SM)电容电压波动对换流器内部环流的影响机理;设计换流器二倍频电流补偿的相间环流抑制方法,降低了SM电容电压波动,进而扩大换流器的功率运行区间。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了双端MMC-HVDC仿真系统,仿真结果表明所提出的方法能够有效扩大其功率运行区间。     

链式STATCOM并网电流直流分量间接闭环抑制

当中高压应用场合的链式静止同步补偿器使用电流互感器采集并控制并网电流时,电流互感器的隔直效应将进一步放大驱动参数和特性差异以及采样零漂引起的直流分量,危害电网及设备安全。因此,提出一种基于直流侧电容电压工频分量检测的并网电流直流分量闭环抑制策略,其无需增加额外元件且不改变原有控制架构。首先分析了并网电流直流分量与直流侧电容电压之间的关系,再通过频谱搬移和滑动平均值滤波提取直流侧电容电压的工频分量,然后经闭环控制后叠加至调制波上实现间接抑制,最后在一套使用电流互感器采样控制的工程应用的10 kV/±10 MVA星型链式STATCOM设备上验证了该策略的可行性和有效性。实验结果表明,该方法能够在无法直接检测直流分量的条件下,有效地将并网电流的直流分量由49.80%抑制到0.72%。     

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.