模块化多电平换流器的预充电控制

为保证模块化多电平换流器的正常运行(modular multilevel converter,MMC),必须预先对子模块中的储能电容器充电。在分析MMC拓扑及运行机理的基础上,针对单端MMC及其在高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)领域的应用,提出了一种适合工程应用的两阶段预充电方案。仅利用自身交流系统,就可将电容电压快速提升至额定值。同时为避免充电过程中的过电流,对定直流电压控制进行了改进。通过MATLAB仿真,验证了所提方案的正确性。     

MMC主动预充电策略研究

模块化多电平换流器(MMC)子模块依靠不控充电无法达到正常运行时的额定电压,在换流器解锁瞬间可能产生很大的冲击电流损坏功率器件,因此在解锁前需要将子模块电容电压充到额定值附近。此处分析了MMC启动时充电原理,提出了一种在子模块不控充电后利用交流侧电源进行主动预充电的方法。仿真结果表明,该方法显著减小了换流器启动冲击电流。     

混合式MMC直流侧短路工况下充电策略研究

特高压柔性直流系统(VSC-UHVDC)通常由混合式MMC(hybrid-MMC)以高低阀组串联的形式构成,单个MMC在线投入过程可能涉及直流侧短路的启动充电工况,其充电回路的特殊性要求针对该混合式MMC直流侧短路工况提出新的充电策略。文章分析了混合式MMC在直流侧短路工况下闭锁充电时仅全桥子模块(FBSM)被充电,半桥子模块(HBSM)无法充电的问题;提出了一种可控充电策略,通过“切除”一定数量的子模块人为改变充电回路,实现半桥与全桥子模块均衡充电;文中对上述充电策略进行了仿真验证,结果表明了该充电策略的参考价值。     

模块化多电平变流器的预充电控制策略

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)启动过程需要对电容进行充电,目前主要采用不控充电,但该充电方法并不能将电容电压充到稳态运行时的电压值。为解决该问题,根据半桥子模块的3种工作状态,提出了闭锁充电过程和半闭锁充电过程,能将子模块的电容电压充到稳态运行时的电压值。3分析了交流侧和直流侧的闭锁和半闭锁充电过程,并提出了具体的实现方法。仿真结果表明了所提方法的有效性,电容能被充到稳态电压值,且充电过程中没有电流过冲。     

MMC-MTDC系统协调启动控制策略

为快速平稳的启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC),避免各站启动时序配合不当引起大的电气冲击甚至启动失败,提出了MMC-MTDC系统协调启动控制策略。首先,指出MMC存在交流侧、直流侧和交直流侧混合3种预充电方式,基于其充电机理,设计了预充电方式识别方法,提出了可将子模块充电至额定电压的闭环均压充电策略;其次,研究了多端系统启动时序的有效配合方案,提出了基于直流电压斜坡控制方式的并联式MMC-MTDC系统协调启动控制策略;最后,通过Matlab/Simulink构建三端系统进行仿真。结果表明:闭环均压充电方法能自动适应MMC 3种预充电方式,使子模块平稳充电至额定值;协调启动策略则能很好的实现多端系统平稳解锁。     

一种新型的混合MMC预充电策略

模块化多电平换流器(MMC)的预充电是保证MMC-HVDC系统正常运行的基础,其中同时包含全桥子模块(FBSM)和半桥子模块(HBSM)的混合型MMC拥有较强的直流故障穿越能力而成为研究的热点.由于全桥子模块和半桥子模块的充电特性不同,子模块(SMs)的电容器电压在不受控制的预充电过程结束时可能会有所不同.通过分析指出了混合型MMC常规不控充电策略的缺陷,然后提出了一种三阶段预充电策略.该策略可以消除不同类型子模块的电容电压不平衡,解决了半桥子模块预充电过程中自取能量不成功的问题.最后,基于所提出的策略对不受控预充电过程进行了仿真和分析.     

电平数对模块化多电平换流器运行特性的影响

针对电平数对MMC(模块化多电平换流器)运行特性的影响问题,分别研究了MMC启动和稳态运行阶段,不同电平数对MMC与交流系统交换功率、MMC直流电压、MMC相间环流、子模块电容电压和MMC输出波形特性的影响。通过分析电平数对子模块电容电压充电过程的影响,得到了电平数对其他各项运行特性的影响。通过对不同电平数MMC仿真分析,验证了电平数对MMC各项运行特性影响的分析。同时验证了控制器输入变量标幺化后,在相同控制目标和一次系统参数的情况下,控制器参数对于不同电平数MMC具备通用性。     

全半桥混合MMC启动特性研究及实验验证

目前,对模块化多电平换流器(MMC)的启动特性研究主要集中在半桥MMC的启动方法的研究与分析,未对全半桥混合型MMC启动过程进行过多分析.从全半桥混合型MMC的基本结构及交流侧不控充电的原理出发,详细分析了换流器启动过程中直流侧的电压及功率模块电压.提出了一种全半桥混合MMC启动方法.在PSCAD/EMTDC中搭建了全半桥混合型MMC充电仿真模型,对全半桥混合型MMC的充电过程进行仿真研究,仿真研究结果在±10 kV混合型换流阀样机实验中得到了验证.     

模块化多电平换流器子模块拓扑仿真分析

新型模块化多电平换流器(MMC)在直流输电和电能变换领域得到了广泛的研究与应用。但是,由于子模块采用了半桥型拓扑,在直流侧线路故障时,MMC不具有直流故障自清除能力。文中在不改变现有MMC调制和均压策略的前提下,利用续流二极管反向阻断特性和桥臂模块电容充电效应,设计了改进复合拓扑结构,解决了半桥拓扑中电容单向充电问题。通过分析闭锁时储能电容不同充电路径下交流电压与桥臂等效直流电压关系,定义了反映子模块故障抑制能力的电流抑制系数。根据系统启动过程中不控整流阶段电容电压的不同,设计了自励启动方法。仿真结果验证了启动方法和复合拓扑对直流侧故障电流抑制的有效性。     

柔性高压直流输电中模块化多电平变流器交流侧充电控制策略分析

模块化多电平变流器(MMC)在柔性高压直流输电换流站中的充电方式可以分为交流侧充电、直流侧充电和交直流混合充电。本文分析了MMC交流侧充电的2个阶段,即不控整流充电及可控充电方式,并通过仿真验证了分析过程及计算结果的正确性。为了改善不控整流充电过程中电压波动和充电涌流过大的问题,提出交流侧双闭环结构的可控充电控制策略,仿真结果验证了该控制策略在控制直流母线电压及限制充电电流过流方面的可行性和有效性。     

一种新型模块化多电平交流侧预充电控制策略

模块化多电平换流器(MMC)具有开关频率低、运行损耗小、波形质量高、子模块易扩展、故障处理能力强等特点,在学术界和工业界得到越来越多的关注。MMC正常工作前必须要进行预充电控制,即将子模块电容电压充至额定电压值,其目的是降低冲击电流,避免设备损坏,保证系统正常运行。此处提出一种新的交流侧预充电控制策略,首先通过子模块电容电压闭环控制得到子模块的充电功率,然后通过功率守恒得到交流电网释放的总功率。同时在充电过程中考虑桥臂内均压和桥臂间功率差控制,最终实现上、下桥臂子模块电容电压一起充电。通过实验验证所提策略的正确性。     

混合型模块化多电平换流器启动冲击电流特性分析及控制策略

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半桥型和全桥型子模块预充电电压特性及其等效电路,提出两类模块电容电压计算方法。利用全桥型子模块负电平输出特性,提出一种交流侧受控充电启动策略,能够在电容欠电压条件下避免换流器过调制从而抑制冲击电流。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了换流阀启动特性的正确性和所提出的启动控制策略的有效性。     

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。     

一种单相MMC预充电控制策略

模块化多电平换流器(MMC)的预充电通常可分为两个阶段:不控整流以及boost升压。三相MMC的boost升压控制技术已经较为成熟。然而与三相MMC不同的是,单相MMC的直流侧具有独立电容。因此,单相MMC的boost升压阶段必须同时考虑子模块电容和直流侧电容,这是单相MMC预充电的难点所在。文中提出了一种基于单相半桥子模块(HBSM)的预充电策略。该策略的第一阶段仍为不控整流,第二阶段通过上下桥臂的能量之和与能量之差的控制来实现子模块电容的boost升压。之后,直流侧电容电压被交流侧持续馈入的能量充到额定值。该控制方案使整个启动过程快速、平滑、稳定,对单相MMC做整流运行具有重大价值。最后,所提方案的有效性及正确性在一台单相8个子模块的实验样机上得到了验证。     

闭锁状态下MMC子模块电容充电升压机理及对策

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在闭锁状态下子模块电容充电升压的现象,对子模块过电压旁路保护策略提出改进意见。首先详细分析了柔直对称单极系统中,MMC阀侧发生接地故障且被闭锁后,健全相电压幅值被抬高等现象。由于直流线路存在分布电容的原因,健全相桥臂电容充电升压,本文总结了引起该充电过程的条件和因素,提出了闭锁状态下防止子模块过电压误旁路的新的保护策略,最后在一个三端柔性直流系统PSCAD模型上的仿真分析全面验证了闭锁状态下子模块充电升压的机理,所提出的子模块过电压旁路保护改进策略可以避免子模块误旁路,从而降低MMC的检修工作量。     

基于全半桥混连拓扑换流阀的交流侧可控充电方法

全半桥混连拓扑换流阀在交流不控充电时全半桥模块电压不一致,通过对全半桥混连拓扑换流阀中全桥和半桥模块工作原理以及交流不控充电过程分析,本文提出了一种基于模块化多电平结构的全半桥混连拓扑换流阀交流侧可控充电方法。该方法通过可控充电提高模块的平均电压,并保持桥臂内所有模块的电压平衡。搭建了基于全半桥混连拓扑的MMC柔性直流输电PSCAD仿真模型,验证了所提出方法的正确性和有效性。     

MMC子模块设备老化机理与状态监测研究综述

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是柔性直流输电的核心装置,其安全稳定运行对多端柔性直流输电系统的安全具有重要意义。MMC中重要功率设备绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)和金属化聚丙烯薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF-Cap)在长期运行过程中逐渐老化,出现内部结构的异常,引起运行特y性参数一定趋势的改变,其工作性能劣化将影响MMC的运行性能。文中总结了国内外关于MMC子模块设备IGBT和MPPF-Cap的老化机理和状态监测方法的研究现状,介绍现有的结合MMC拓扑结构与运行特性的子模块电容器状态监测方法,并展望了MMC子模块设备状态监测与评估领域未来的研究方向。     

模块化多电平换流器不控充电特性研究

目前,对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的启动特性的研究主要集中在换流器的启动方法的研究与分析,未对换流器启动过程中换流器交/直流侧的电压及双端系统不控充电过程中的交互影响作用进行分析。从鲁西异步联网工程模块化多电平换流器的基本结构及交流侧不控充电的原理出发,详细分析了换流器单端启动过程中交/直流侧的电压及双端系统不控充电过程中的交互影响作用。分析表明,针对鲁西异步联网工程系统结构,单端不控充电过程会在直流极线上产生三次谐波;双端不控充电中,三次谐波的分布会根据两端交流系统的相角差不同而改变,同时直流电压也会根据两端交流系统的相角差不同而改变;各桥臂功率模块电压和及直流电压甚至会超过阀侧交流线电压的峰值。在PSCAD/EMTDC中搭建了鲁西异步联网柔性直流单元充电仿真模型,对鲁西异步联网工程的充电模型进行仿真研究,同时将研究结果与鲁西异步联网工程不控充电过程进行了对照分析,验证了文中推导及分析的正确性。     

一种基于故障限流器的混合级联直流输电系统故障穿越方法

针对混合级联直流输电系统逆变侧低端模块化多电平换流器(MMC)易受过压、过流影响导致闭锁的问题,提出一种基于故障限流器(FCL)的混合级联直流输电系统故障穿越方法.所提方法既适用于交流故障使得逆变侧高端电网换相换流器(LCC)换相失败,从而导致低端MMC充电造成的过流场景,又适用于直流侧单极接地,导致MMC子模块放电造...     

一种基于载波移相调制的模块化多电平换流器冗余策略

现有载波移相调制(CPS-SPWM)的模块化多电平换流器(MMC)冗余策略在切除故障子模块的过程中冗余子模块电容电压恢复缓慢,针对此问题,本文提出了一种MMC子模块电容电压热冗余策略。该策略在非故障运行状态下,按照一定的时间间隔从所有子模块中按规律选择正常运行个数的子模块,其余子模块则处于冗余状态,以使得所有子模块电容电压都维持在参考值附近。当子模块发生故障时,切除故障子模块,剩余子模块仍按非故障运行状态运行,无需单独为冗余子模块充电。同时针对含有冗余模块的MMC系统,提出了分组预充电策略,在控制系统复杂度较小的条件下,通过调节每组充电的子模块个数,使得所有的子模块电容电压都能够充至额定值。在PSCAD/EMTDC中建立了双端MMC模型验证了所提出策略的有效性与实用性。