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。     

模块化多电平VSC-HVDC换流阀的运行试验方法

为给基于模块化多电平换流器(modular multi-levelconverter,MMC)的电压源换流器高压直流输电(voltagesourced converter HVDC,VSC-HVDC)换流阀提供有效的检验手段,以验证其设计的正确性及其运行可靠性,对换流阀的运行特性和关键应力进行分析,提出基于原理等效的MMC阀运行试验方法,设计试验电路并阐明其运行机理。搭建的PSCAD电磁暂态仿真模型和实际的试验验证证明了试验方法的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器环流抑制控制器设计

为抑制模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部的三相环流,在MMC内部数学模型的基础上,采用二倍频负序旋转坐标变换将换流器内部的三相环流分解为2个直流分量,并设计了相应的环流抑制控制器(circulating current suppressing controller,CCSC),从而消除了桥臂电流中的环流分量,大大减小了桥臂电流的畸变程度,使其更逼近正弦波.最后通过PSCAD/EMTDC搭建了包含该附加控制器的MMC仿真模型,结果证明所提出的控制方法可以在不用增大桥臂电抗值的情况下,有效地抑制换流器的内部环流,同时不会对MMC外部输出的交流电压和电流产生负面影响.     

模块化多电平换流器内部环流频谱特性分析

模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电系统的核心技术.然而MMC三相桥臂间的内部环流会使本来正弦的桥臂电流发生畸变,从而导致MMC系统成本增加,损耗增大.为了分析三相桥臂环流的产生机理,建立了 MMC电路的数学模型,从瞬时能量动态特性角度考虑给出了桥臂环流的计算方法,证明了内部环流的存在性,指出了其主要由直流分量与...     

模块化多电平换流阀模块级等效运行试验研究

模块化多电平换流器(MMC)通过标准功率模块(SM)的串联实现高压大容量化,且避免了器件的直接串联,降低了制造难度,具有开关频率低、效率高、输出特性好、可扩展性强等优点,己成为当前柔性直流输电系统中换流阀的首选方案.MMC因其大功率、高电压、强电流的特点,导致在试验环境中很难构建与实际工程相同的全载电路进行试验.因此,设计适当、有效的试验方法和装置来获得能代表实际运行条件的关键应力显得尤为重要.这里首先分析了MMC系统功率模块试验电路的工作原理,然后提出了一种主动充电策略及功率对推控制策略,最后在此基础上对某工程上的功率模块进行了充电试验和功率对推试验.该试验电路简单易行,能模拟MMC功率模块实际运行中的电压、电流和温度应力,特别适合模块样机研制阶段对单模块进行测试.     

混合型模块化多电平换流器解析建模与功率运行区间分析

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电压水平下,电磁暂态模型仿真结果和稳态解析模型的计算结果,验证了稳态解析模型的精确性。研究了考虑多种运行约束条件时混合型MMC的功率运行区间计算方法,尤其考虑了半桥子模块的均压约束。计算了不同直流电压水平下的功率运行区间,分析了各约束条件以及子模块电容、桥臂电抗器、桥臂子模块比例等参数对功率运行区间的影响。     

模块化多电平换流器的环流抑制方法研究

模块化多电平换流器(MMC)在中高压直流输电中得到了广泛的研究和应用。其内部环流的存在是MMC的一种重要现象。在MMC的拓扑结构及其内部环流产生机理的基础上,利用二倍频负序旋转坐标变换,把换流器内部的三相环流分解为两个直流分量,并提出了相应的环流抑制方法。仿真结果证明,利用坐标变换提出的环流抑制控制器可以有效地消除桥臂电流中的环流分量,减小桥臂电流的畸变程度,同时不会对MMC外部输出的交流电压和电流产生负面影响。     

模块化多电平换流器直流输电控制策略

模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的控制策略及电流内环控制器对其故障时的运行特性有着重要影响。设计了电网电压不平衡下负序电流抑制策略和对应的限流环节。为解决正负双序同步旋转坐标下电流序分量分解和控制器较多问题,构建了基于比例积分和谐振控制的混合电流矢量控制。此外为降低桥臂环流对系统运行的影响,在分析桥臂电流构成成分的基础上,针对环流序分量2倍频特点设计了桥臂环流抑制器。仿真结果表明混合电流矢量控制能够实现直流和2倍频交流电流信号的统一控制,达到了负序电流和桥臂环流的抑制效果。     

模块化多电平换流器模块冗余优化配置方法

针对模块化多电平换流器(MMC)提出一种模块冗余优化配置方法,该方法主要是从提高系统可靠性和冗余子模块有效利用率以及减少冗余子模块数量这3个目标出发,建立多目标优化函数,进而求解得到最优冗余子模块数量。分析了MMC的拓扑结构及其子模块的工作原理,在研究模块冗余保护方案的基础上,详细给出模块冗余优化配置方法的具体步骤,并将其应用到工程实际中进行分析。仿真结果表明该方法可简单、有效地配置冗余子模块数量,在保证系统可靠运行的情况下,节约成本,验证了该方法的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法

为了确定模块化多电平换流器(MMC)的稳态运行范围,首先研究了MMC额定运行点的确定方法,介绍了换流变压器阀侧额定电压的选取过程。在此基础上,通过相量图分析的方法,建立了换流器P-Q图与电气相量图间的映射关系,直观地揭示了各个电气量的大小与MMC稳态功率运行范围的关系。分析了内部电动势幅值和相角的可行范围,指出内部电动势的幅值大小是限制MMC无功功率输出大小的主要因素。最后通过一个算例说明了MMC稳态功率运行范围的确定与校验过程。     

模块化多电平变换器调制策略研究

模块化多电平变换器(MMC)具有可以输出任意电平数、谐波含量低、电磁干扰小、各个模块共用直流侧等优点,在近年来引起了广泛的关注。由于MMC存在着调制复杂和子模块电容电压均衡控制困难等问题亟待解决。针对此难题提出了一种新型的载波平移PWM调制策略,该策略将子模块电容电压的均衡控制整合到MMC的调制中,通过对三角载波的上下平移来改变与正弦调制波的交叉位置从而能够改变其对应的子模块的开关规律。在有效控制电容电压的同时降低了不必要的开关损耗。最后在MATLAB/SIMULINK下建立了模型,验证了该策略的合理性。     

Fast valve power loss evaluation method for modular multi-level converter operating at high-frequency

There is no common accepted way for calculating the valve power loss of modular multilevel converter (MMC). The method based on analytical calculation is inaccurate to address the switching power loss while the method based on detailed electro-magnetic simulation is of low speed. To solve this problem, an accurate valve power loss evaluation method of MMC based on the detailed equivalent simulation model of MMC is proposed. A fast power loss evaluation method is then proposed by linking the PSCAD/EMTDC and Matlab files. Detailed valve power loss analysis of a 201-level 500MW MMC operating at 50Hz~1000Hz is then presented. Relationship between the valve power loss, power transfer level and operating frequencies are presented and fitted. Research results of this paper can be used as guidance for the application of medium and high frequency MMC.     

基于电容电压波动补偿的混合型模块化多电平变换器

为了降低模块化多电平变换器的电容体积,文中提出一种基于电容电压波动补偿混合子模块的模块化多电平变换器。首先,介绍所提混合型模块化多电平变换器的系统结构与减小电容体积的机理,同时对混合子模块的投切原则进行详细分析;然后,通过分析混合子模块内部不同电容的能量波动,给出所有电容的容值设计方法,并与传统的半桥型模块化多电平变换器进行对比;最后,通过仿真与实验验证了所提方案的有效性。结果表明,文中提出的混合型模块化多电平变换器能够以较低的开关器件成本,大幅度提高电容能量利用率,降低模块化多电平变换器子模块电容的体积,实现系统功率密度的提高。     

模块化多电平换流阀子模块旁路方案设计

模块化多电平电压源型换流阀（Modular Multi-level Converter, MMC）作为±800kV特高压柔性直流输电系统中的关键设备,其子模块的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。本文系统设计了基于永磁双驱动旁路开关的主动旁路方案,设计了基于双向转折晶闸管的被动旁路方案。结合主动旁路的经济性和被动旁路的可靠性,设计了分级旁路方案。试验结果表明,主动旁路方案能主动下发旁路命令可靠旁路故障子模块;在主动旁路方案失效的情况下,被动旁路方案可靠旁路故障子模块,解决了因子模块单一故障引起换流系统跳闸的难题,为±800kV特高压柔性直流换流阀工程实施提供了设计指导。#$NL关键词：柔性直流;模块化多电平;换流阀;旁路方案 #$NL中图分类号:TM711 文献标志码:A 文章编号:     

基于模组解耦控制的高调制比混合型MMC电容优化方法

高调制比混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)子模块电容的均压控制方法借鉴半桥型MMC,全桥及半桥子模块电容的充放电行为存在强耦合,导致半桥子模块电容电压波动率较小,给电容值的优化带来挑战。为此,文中首先计算高调制比下两类子模块的电容电压波动率,以明确半桥子模块电容值的优化空间。进一步,提出全桥及半桥模组平均开关函数的设计原则,考虑子模块电容电压瞬时最大值的约束,实现半桥子模块电容值的优化。然后,在现有MMC基本控制框架下,提出基于模组解耦的控制策略,实现电容电压动态的准确控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建混合型MMC的仿真模型,对所提电容优化方法进行验证。仿真结果表明:所提电容优化方法不仅可以实现对全桥及半桥子模块电容电压直流分量和纹波分量的控制,还可降低半桥子模块电容值。     

模块化多电平换流器的分频均压控制策略

随着模块化多电平换流器(MMC)子模块个数的增多,传统基于排序的均压方法存在开关频率偏高和排序计算量偏大的问题。为此提出了分频均压控制策略,使电容电压排序频率远小于触发控制频率,并从理论上给出了此控制策略的排序频率选取方法。通过厦门柔性直流输电示范工程的电磁暂态仿真算例验证了所提出的分频均压控制策略在一定范围内减小排序频率时,可以在满足MMC的运行性能及安全性的前提下,明显减小开关频率和减轻排序计算负担。     

模块化多电平换流器的交直流侧阻抗模型

模块化多电平换流器(MMC)的阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统交、直流侧谐振及稳定性的基础条件。依据MMC的拓扑结构、运行及控制特性,同时考虑环流控制对MMC交、直流侧阻抗的影响,分别推导了MMC直流侧和交流侧的小信号阻抗解析模型。利用MATLAB/Simulink搭建了三相MMC详细时域仿真模型,采用注入小扰动电压/电流的方法测量MMC交、直流侧的小信号阻抗,与推导的MMC交、直流侧阻抗解析模型的计算结果比较,验证了解析模型的正确性。MMC阻抗模型仿真结果表明:在不加环流控制的情况下,MMC交流侧的小信号阻抗在低频范围内存在谐振峰;而加入环流控制后,该谐振峰能够得到有效抑制。     

模块化多电平矩阵变换器的平坦控制策略

模块化多电平矩阵变换器(M3C)能实现三相交流-交流的变换,其突出优势是易于模块化、可靠性高、谐波含量低等,可用于高压大容量变频调速系统。针对传统PI控制稳定速度慢、易产生超调、动态性能差等缺陷,基于微分平坦理论推导出适用于M3C的非线性平坦控制策略,并通过李雅普诺夫方法证明了平坦控制系统的稳定性。平坦控制具有响应快速、无超调、跟踪无静差、动态性能高等优点,能极大地改善M3C输入、输出侧电流的控制效果,且在输入侧频率、输出侧负载变化等运行工况下,平坦控制策略依旧能保持极低的系统冲击量,整体控制效果较好。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台对不同工况进行仿真,结果验证了平坦控制策略的正确性和优越性。     

基于微分平坦理论模块化多电平换流器环流抑制控制方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convert,MMC)三相桥臂相间环流问题,基于微分平坦理论推导出一种环流抑制控制模型。通过分析MMC相间环流的产生本质,根据微分平坦理论的定义,选取系统的输入,输出和中间量,证明了设计出的环流抑制控制器满足微分平坦理论的条件。基于该理论设计的环流抑制控制器,能够大大降低桥臂电流中的环流分量,使其更接近正弦波。最后通过Matlab/Simulink搭建了相应的MMC仿真模型,在未影响MMC外部电压电流的情况下,仿真结果证明了该环流抑制控制模型的有效性,为环流抑制控制器的设计提供了一种新的思路。     

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。