MMC子模块电容电压波动及谐波研究

目的  柔性直流的快速发展为MMC（Modular Multi-Level Converter,模块化多电平变流器）拓扑确定了实践支撑。文章以半桥MMC换流器为例,研究MMC稳态电容电压波动、谐波交互规律及桥臂开关函数的关系,以对MMC系统设计、控制策略给予理论支持。 方法  通过建立子模块电容电压、桥臂开关函数的解析表达式,得到MMC换流器上下桥臂能量波动及电容电压波动的数学近似表达式,进而研究了上下桥臂电流、交流阀侧、直流侧中各次谐波的分布规律及相间环流的正负序关系,基于谐波公式得到二次环流的估算方法;进一步,采用变量对照法研究了桥臂开关函数、子模块电容电压随阀侧功率因数、子模块电容大小的变化关系;最后基于实际工程参数搭建了详细的PSCAD/EMTDC模型,开展了理论解析与离线仿真的一致性对比。 结果  研究表明：MMC相间环流只含偶数次谐波,且其中6k+2次环流呈负序、6k+4次环流呈正序、6k次环流呈零序特性,同时稳态下MMC阀侧出口交流电压电流只含奇数次谐波,MMC直流侧电压电流只含偶数次谐波,且在功率因数角φ<0的某些范围内桥臂开关函数峰值会大于1,在低功率因数下子模块电容电压波动峰值大于高功率因数下的波动。 结论  可由此开展换流器电容容值的选型设计及暂稳态策略研究,并通过理论解析掌握MMC拓扑的运行本征特性。     

基于桶排序和电压离散度阈值的MMC子模块电压均衡算法

传统的MMC-HVDC子模块电压均衡冒泡排序算法存在时间复杂度高、子模块投切频繁的缺点。该文提出了一种结合桶排序算法与子模块电容电压离散度阈值的MMC-HVDC子模块电容电压平衡算法。引入电压离散度阈值,将当前周期的电容电压序列与阈值进行对比,形成高压、中压、低压3组;根据桶排序的思路对3组电压序列进行区间分割;依据桥臂电流方向确定不同区间子模块的投切次序。最后通过MATLAB和PSCAD/EMTDC进行仿真,验证了所提算法在降低时间复杂度和功率模块开关频率上的有效性。     

MMC型STATCOM子模块电容电压的自适应优化平衡控制

对模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)子单元模块电容电压的谐波特性进行理论分析,并给出电容值选型的计算方法。针对传统的基于CSPWM分级电容电压平衡控制和基于NLM排序电容电压平衡控制,提出了一种适合MMC型STATCOM的自适应电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在如何选择最优控制器上。使用Matlab/Simulink对自适应优化控制策略进行仿真,同时搭建3kvar的实验平台,仿真及实验结果一致,结果均表明该优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在不增加电容电压波动的前提下,降低器件的开关频率,并显著提高电容电压的响应速度。     

模块化多电平换流器的电容电压均衡优化控制策略

针对传统模块化多电平换流器(MMC)电容电压均衡策略计算量大、开关频率高的问题,提出一种优化的电容电压均衡控制策略,以待排子模块电容电压序列的中位值作为基准值,进行比较递归得到投入组与切除组模块信息,减少排序过程的比较次数;同时,设置子模块电容电压离散度阈值,在子模块电容电压一致性允许的前提下减少子模块非必要的频繁投切,降低开关频率。最后,在Matlab/Simulink中搭建MMC仿真模型,验证所提策略的可行性和有效性。     

基于开关组误差电压的双级矩阵变换器故障诊断策略

矩阵变换器(MC)由数量较多的功率开关构成,这些功率开关元件用在各种复杂的环境以及高频切换的电路系统,增加了功率开关发生故障的可能性,也降低了MC系统的可靠性。功率开关故障成为了阻碍MC系列拓扑进入工程化应用的主要因素之一,而对MC功率开关进行在线故障诊断并进行合适的容错控制可以有效地提高MC系统可靠性。本文针对双级矩阵变换器(TSMC)的功率开关开路故障诊断策略进行研究,对功率开关故障下的TSMC运行模式及其输出电压、直流电压故障特征进行了深入分析,定义了开关组误差电压的概念,提出了根据输出相电压误差、开关信号以及直流电压定位TSMC故障开关的方法。所提方法具有诊断准确、诊断速度快、独立于调制策略、不受负载运行状态影响等优点。仿真实验结果验证了理论分析的正确性以及所提故障诊断策略的有效性。     

基于开关电容的双输入直流变换器

提出基于开关电容的双输入直流变换器拓扑。当可再生能源正常发电时,输入源串联供电,系统具有较高的可再生能源利用率;当可再生能源不能发电时,后备电源与可再生能源端口处的电容联合供电,可提高系统的容错性和灵活性。该拓扑利用开关电容升压,减小后备电源的额定电压等级,改善系统的动态性能,简化磁设计。基于变换器的工作原理及能量管理控制方案,分析开关电容的充放电特性并进行了充电损耗计算。实验结果验证拓扑的可行性及其控制方案的正确性。     

基于开关电容的单相九电平升压逆变器

高电压增益已成为多电平逆变器接入低压光伏系统的重要特性。文章提出一种9阶开关电容升压式多电平逆变器（9-Level Switched Capacitor-Boost Multi-levle Inverter, 9L-SC-BMLI）。9L-SC-BMLI拓扑仅用12个功率器件和1个开关电容单元,便可实现9种不同的阶梯电压,并具有两倍的电压增益,无需任何辅助电路,浮动电容的电压即可保持自平衡。此外,所提拓扑具有开关器件少、电压应力低、无需H桥即可实现输出电压的双极性等特点。文章采用同相层叠脉宽调制技术（Phasedisposition Pulse Width Modulation Technique,PDPWM）对9L-SC-BMLI进行调制,并且提供了详细的实验分析。最后,通过在不同实验环境下的仿真和实验结果,验证了9L-SC-BMLI拓扑的可行性和理论分析的正确性。     

基于开关电容的高增益双输入变换器

该文提出一种基于开关电容的高增益双输入变换器,同时具有单输入源供电和双输入源供电模式,开关电容的引入,使变换器具有电压增益高、功率器件电压应力低的优点.2个输入源间采用功率器件连接,使得变换器在单输入模式下采用交错导通控制,有效地减小了输入电流纹波,同时当d≥0.5时,2个电感可实现自动均流,降低控制难度.在双输入模式...     

LCL型并网逆变器新型电容电压有源阻尼策略

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传感器成本,将其优化为电容电压正反馈有源阻尼策略,在电容电压两端添加合适的正反馈阻尼环节,使得系统的有效阻尼区扩大为（0,0.477f3）。分析结果表明该策略使得并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性,即使谐振频率等于1/6采样频率时,系统也具有较好的稳定性。最后,以三相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了该策略的正确性。     

一种基于MMC子模块电压估算的改进调制方法

为了解决传统的模块化多电平换流器(MMC)调制会产生谐波环流的问题,提出了一种基于MMC子模块电容电压估计的改进调制方法,即先利用桥臂能量来估算该桥臂子模块平均电容电压,然后将估算的电压作为参考值,利用最近电平逼近法进行调制,根据推导的公式分析了产生电容电压波动的原因,为进一步抑制二倍频环流,设计了环流抑制器,并搭建了三相仿真模型。仿真结果表明,所提改进调制方法可显著抑制谐波环流,与环流抑制器协同运行可进一步抑制环流波动。     

基于开关电容的高增益双输入Boost变换器

在新能源发电系统中,现有的多输入直流变换器不能同时具有电路结构简单、磁元件少、电压增益高、开关器件电压应力低等优点。该文提出3种基于开关电容的单电感高增益双输入Boost变换器拓扑,详细分析更优拓扑的工作原理和开关电容的充放电特性,提出了能量管理控制方案。变换器能够根据新能源端口的供电变化和负载需求灵活地切换工作模式,适应于新能源随机性和间接性发电的特点,提高系统供电可靠性;开关电容在不同工作模式下均发挥升压作用使其具有高利用率。实验结果验证拓扑的可行性及其控制方案的正确性。     

基于电容电流的谐波电压在线监测系统研制

我国变电站内的谐波电压监测数据大多取自电容式电压互感器(CVT)的测量结果,受CVT本身工频谐振设计的影响,谐波电压测量数据存在较大畸变.在国家电网公司推广建设电能质量监测平台背景下,针对国内市场上测量准确且简便易行的CVT谐波电压在线监测装置的空白,研制一套基于电容电流法的CVT谐波电压在线监测系统,纠正现场普遍存在...     

电网电压不平衡时MMC的特性分析

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是目前柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)中最具优势的电压源换流器拓扑。然而,实际系统中由于故障等原因会造成电网电压的不平衡。本文重点分析电网电压不平衡对MMC-HVDC的影响,并采用PR控制器实现对正、负序电流的统一控制。最后,通过仿真验证理论分析的正确性。     

基于电容分压器原理的电子式电压互感器结构形式

电力系统的电压测量广泛采用电磁式电压互感器和电容式电压互感器。随着电网电压等级的提高,传统电压互感器因其存在铁磁谐振、绝缘结构复杂、造价高、体积大而笨重等缺点,难以满足系统需要。另外,随着电力系统往数字化和智能化方向发展,传统的电磁式电压互感器及电容式电压互感器不能提供数字接口,故无法满足电站需求。这就促使了电子式电压...     

基于单周期Z源电容电压调节的并网电流控制策略

在分析已有并网电流幅值控制方法的基础上,结合单相Z源光伏并网逆变器的特点,提出单周期电容电压调节法来控制并网电流幅值。该方法能在一个工频周期内完成对光伏并网电流的调整,从而改善并网电流的波形质量,减小并网电流的波动。实验结果证明了该控制策略的有效性。     

基于改进AFSA的电力弹簧新型电压频率控制策略

针对微网中可再生能源发电引起的电压、频率波动,文章提出一种基于改进人工鱼群算法的电力弹簧新型电压频率控制策略。该策略选取关键负载电压、系统频率作为控制状态量,通过实时检测控制状态量并最小化状态量偏差抑制电压、频率波动。利用自适应人工鱼群算法设计优化模块,根据状态量偏差生成的动态误差矩阵确定权重系数,每个更新周期结束时将优化得到的电力弹簧控制信号反馈到系统中,在线调节电力弹簧的补偿功率,稳定关键负载电压和系统频率。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于SOC的储能电池组均衡策略研究

针对单体到单体(Cell to Cell)型均衡电路用于风光储能电池组均衡时能量转换效率低、均衡速度慢的问题,以电池组的SOC(State of Charge)一致为均衡目标,提出了一种基于电池模块化的均衡策略。该均衡策略以cuk电路作为底层均衡模块,以反激变换器作为顶层均衡模块,底层和顶层模块的控制相互独立,有效地提高了整体的能量转换效率和均衡速度。在MATLAB环境下,搭建了仿真模型,并与传统的cuk电路均衡策略进行了对比仿真分析,验证了所提均衡策略的有效性。