一种减少电压互感器的模块化多电平换流器分组控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)需要配置大量电压互感器的问题,提出一种减少电压互感器的分组控制策略。该控制策略将每个桥臂的2N个子模块按照2~0,2~1,2~2,…,2~(N-1),2~0分成N+1个子模块组。将每组的子模块作为一个整体,开关状态保持一致,并且配备一个电压互感器,用于测量每组的电容电压。根据这种结构设计相应的电容电压平衡控制方法、均压控制方法和调制方法。电容电压平衡控制采用PI调节器稳定各组子模块的电容电压;均压控制用来保持组间子模块电压平均值均衡;调制方法用来确定各个模块组的通断状态。该分组方法极大地减少了电压互感器的数量,降低MMC系统的造价。最后通过在Matlab/Simulink平台上搭建三十三电平的三相MMC仿真模型进行证明,并搭建九电平单相MMC实验平台,进行实验验证,结果表明了该分组控制策略的有效性。     

模块化多电平变流器的子模块分组调制及均压控制EI北大核心CSCD

模块化多电平变流器很容易扩展到更高电压等级的应用场合,但是当子模块数目很多时,桥臂中电容电压的均衡和触发脉冲的分配就变得很复杂,控制系统也因此变得复杂,降低了可靠性,增加了调试的难度。在研究最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)算法的基础上,提出取整修正量移位算法,不同的子模块组采用不同的取整修正量,可以达到类似于载波移相的效果,使桥臂输出电压的畸变很小。分析子模块组电容均压原理,提出两种均压控制方法,并给出这两种方法的适用条件。取整修正量移位算法相当于在调制波中增加了直流分量,可以通过排序算法,控制子模块组之间的电压均衡。仿真结果显示,取整修正量移位算法和均压控制算法能够达到预期效果。     

模块化多电平变流器实验样机的设计

MMC已经成为工业界与学术界的研究热点,仿真分析虽然灵活方便,但有时与实际工况存在差距。首先设计了三相9电平MMC实验样机;然后遵照模块化的原则,设计了子模块;控制系统使用分层的构架,实现了不同层级的控制与保护;再利用载波移相、电压均衡控制及PR调节器实现了电容均压及环流抑制。最后通过实验验证了样机的性能。利用该平台能够为MMC的研究提供一个方便有效的手段。     

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。     

模块化多电平换流器子模块电容电压平衡改进控制方法

为减少子模块开关动作次数和换流器损耗,提出了一种模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的子模块电容电压平衡改进控制方法。采用最近电平调制方式,每个控制周期内按电容电压大小对处于投入状态和切出状态的2组子模块分别进行排序;根据需要投入的子模块数量和当前处于投入状态的子模块数量,对投入和切出的子模块状态进行改变;根据设定的电容电压允许偏差值、可进行调换的子模块数量,对投入和切出的子模块进行对调。仿真算例结果验证了所提方法的有效性。     

模块化多电平变流器中子模块散热设计

以模块化多电平变流器子模块损耗分析为基础,从传热学的角度,分析散热片的热阻模型,设计了三相500kVA模块化多电平变流器子模块的散热片,并通过Ansys仿真验证设计结果。最后通过实验验证散热片设计方法。     

模块化多电平变流器的子模块工况模拟测试方法

在柔性直流输电系统中,变流器的稳定可靠运行对整个输电系统具有重要意义。考虑到目前模块化多电平变流器(MMC)在柔性直流输电中的应用愈加广泛,且MMC中组成元件数量众多、工况复杂,因此有必要在投运前对MMC的设计及控制进行深入验证。为了实现准确有效的功能性和可靠性测试,需要对MMC的关键部件施加与实际工况相近的运行条件。然而传统MMC测试方法成本代价较高,且测试自由度受限,相比之下,新出现的工况模拟测试方法可基于简化电路对较少的MMC子模块单元施加贴近实际工况的应力条件和控制行为,因此可以极大地提升测试效率。首先,介绍了MMC子模块工况模拟测试的概念和意义。然后,介绍了多种适用于MMC子模块工况模拟方法,分析对比了各方法在测试成本与模拟精度上的区别。最后,结合实际案例,通过仿真和实验验证了MMC子模块工况模拟方法的可行性和潜在价值。     

基于子模块组合的模块化多电平变换器简化空间矢量调制策略

调制策略对模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter）的稳定运行有着至关重要的作用。针对空间矢量调制SVM（space vector modulation）策略应用在MMC中存在计算复杂度高的问题,提出了一种简化的SVM控制策略。首先,将子模块分组构成子单元,使用三电平SVM对每一个子单元进行控制。其次,将相邻子单元的采样时间均匀地错开,以实现MMC多电平输出,降低输出电压和电流的谐波含量。最后,结合电容电压排序策略对子模块进行灵活控制,保证子模块电容电压的均衡。所提出的调制策略在子模块数量较多的MMC拓扑中实施简单,计算复杂度低,控制灵活性高。实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平变流器(MMC)子模块数目较多时,系统结构复杂且发生故障概率较高。针对子模块的开路故障诊断问题,提出一种基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法。分析子模块故障特性,通过对比子模块组输出电压的预测值和实际值获得检测判据,根据检测判据诊断故障发生的子模块组及故障类型;改变子模块的工作状态,根据检测判据进行故障定位;定量分析分组检测时子模块电容电压的测量误差,为子模块电压分组提供依据。通过MATLAB/Simulink搭建49电平MMC仿真平台,在电容值偏移的情况下对不同类型的故障进行仿真,仿真结果表明,所提故障诊断定位方法能在减少电压传感器数量的情况下实现子模块开路故障诊断定位,提升系统的可靠性。     

电网电压不对称下模块化多电平变流器控制策略

在模块化多电平变流器(MMC)系统中,交流侧电网不对称会导致MMC交流侧三相电流非正弦,有功、无功功率出现波动,直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题.为解决这些问题,首先建立不对称电网下MMC系统的数学模型,提出了一种基于微分的正负序分离及锁相方法;其次结合抑制负序电流和瞬时有功功率两种控制目标,给出了不同控制目...     

模块化多电平变流器子模块电容的设计方法

研究模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)中桥臂的功率特性,并求得桥臂的瞬时功率解析表达式和MMC稳态运行时流过桥臂电流的直流分量。通过研究桥臂的等效充放电电路,求出充放电电流的解析表达式,并据此导出电容电压波动分量的解析表达式。根据电容电压波动分量的表达式,画出电容电压波动分量的幅值与调制比和功率因数角的关系曲线,并分析波动分量的来源及特性,求取波动分量的幅值与调制比和功率因数角的解析表达式,进而提出电容大小的设计方法。通过算例验证了电容电压波动分量的表达式和电容设计方法的正确性。     

模块化多电平变流器均压策略研究

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)子模块电容电压的均衡是其稳定运行的前提,在此介绍了MMC的拓扑结构,分析了其运行原理,提出了一种基于子模块电容电压瞬时值排序和桥臂电流方向的简化均压策略。该策略上、下桥臂仅各需一个载波,而与子模块数无关。仿真和实验结果验证了所提均压策略的有效性。     

模块化多电平变流器的控制架构设计

针对模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率应用场合模块数较多、控制系统复杂的特点,提出了一种改进的三级分层控制的系统架构,解决了传统控制系统同步性及可靠性较低等问题。重点研究了该分层控制系统架构的实现方法,按照由高到低的顺序对上位机控制系统、主控制器、子模块控制保护单元等进行了详细分析,确定了各控制层之间的通信内容和功能。利用三相9电平MMC实验样机对所提控制系统架构进行了实验验证,证明了所述控制系统的可行性。     

基于零序电压注入的模块化多电平变流器故障容错控制

随着模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率电能变换领域的应用日渐增多,其故障带来的损失将显著增加。为了解决上述问题,文中提出了一种针对三相三线制系统的MMC容错控制策略。利用电容电压冗余排序方法克服普通载波层叠脉宽调制方法所固有的功率不均衡;在详细阐述不同容错控制方案的基础上,提出零序电压注入方法,以保证线电压恒定为基本思路,对超出临界电压区间的调制波进行重构,使MMC具有可靠的故障穿越能力。最后,以一台4.5kVA的三相MMC样机为例进行了实验验证,实验结果验证了所述方案的正确性和可行性。     

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。     

单相模块化多电平变流器控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平拓扑,输出与子模块数相关的多电平波形。MMC具有高度模块化、易扩展、输出波形好等特点,在中高压场合具有广阔的应用前景。分析了单相MMC的拓扑结构和工作原理,并通过一定的控制策略,对子模块电容电压平衡与环流抑制进行协同控制;利用载波移相脉宽调制(CPSSPWM)技术,等效提高了开关器件的频率,从而降低其损耗。最后用Matlab/Simulink对单相MMC进行仿真实验,验证了调制策略和控制策略理论的正确性。     

模块化多电平变流器改进最近电平调制策略的研究

针对传统的最近电平进行调制从而适合多电平、高电压的场合,但电平数偏少时输出波形质量会降低。对于传统调制方法存在的局限性,对最近电平调制进行了改进,在阶梯波产生时加入自变量的偏差量,调制波和阶梯波产生偏差,使系统输出电平数翻倍,降低总谐波失真THD值。最终在Matlab/Simulink中搭建MMC仿真模型,通过仿真结果对比加入不同偏差量时产生的输出谐波水平,得到最优偏差量,验证了该方法的正确性。     

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。     

模块化多电平变流器子模块电容老化状态在线监测及均衡策略

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)中电容老化程度高的子模块投切频率更大、损耗更高,危害子模块的安全运行。针对这个问题提出一种用于MMC的电容老化状态在线监测及均衡策略。通过电容电压变化与电容值的关系对电容老化状态进行在线监测,测量子模块电容间的相对值;根据测量的结果,在排序中引入虚拟电容电压,降低老化严重子模块的开关频率,延缓电容的使用寿命;仿真结果表明文中所提策略能够在不影响电容电压平衡的前提下有效降低老化严重子模块的开关频率,而且不用对子模块单独加装额外传感设备、不使用复杂算法,适用于子模块较多的场合。     

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。