不对称交流电网下MMC-HVDC输电系统的控制策略

不对称交流电网下的功率波动将引起模块化多电平换流器子模块能量的不平衡,进而影响模块化多电平变流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC, MMC-HVDC)的动态性能。基于不对称交流电网下MMC桥臂瞬时功率的分析,确定换流器内部子模块电容电压及桥臂环流的控制目标。在此基础上,提出一种基于子模块电容电压预估的最近电平调制和基于桥臂环流预估的直接环流控制,两者相结合的复合控制策略。不论交流系统对称与否,在所提出的控制策略下,均能保证换流器上下桥臂间,三相间以及总子模块电容电压的相对平衡,实现对基频及二倍频谐波环流的抑制。基于 PSCAD/EMTDC,建立两端 MMC-HVDC 仿真模型,分别在有功功率和直流电压控制站进行不对称交流电网的仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略能够保证故障期间子模块电容电压平均值保持恒定,直流电压不会由于二倍频零序瞬时功率出现二倍频波动,系统故障穿越能力得以提升。     

MMC子模块电容电压检测新方法

传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压检测方法需要与子模块数相同的电压传感器,存在传感器数量大、采集信息工作量大的问题,提出了一种基于最近电平逼近调制MMC子模块电压检测的新方法,对桥臂子模块进行分组,每组采用一个电压传感器进行检测,通过检测电压对电容电压观测器的观测值进行校正,得到每个时刻电容电压值,提出提高电容电压复位校正次数的方法。针对硬件电压采样电路带宽限制影响桥臂输出阶梯波电压测量的问题,提出了子模块电压的补偿方法。仿真和实验结果表明所提出方法的正确性和有效性。     

一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平换流器的子模块数量较多,增大了系统发生故障的概率,因此子模块故障的快速诊断和准确定位是保障换流器持续运行的关键。针对MMC子模块开路故障,提出了一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的故障诊断和定位方法。通过对故障后桥臂电流的特征提取,判断出故障发生的桥臂以及开路故障的类型;然后利用自适应观测器得到子模块电容电压观测值与实际值的残差,从而实现故障子模块的快速和准确定位;最后利用Matlab/Simulink软件搭建MMC变换器仿真平台,通过对不同相、不同桥臂和不同类型的故障进行仿真,验证了所提故障诊断和定位算法的正确性与有效性。     

模块化多电平换流器单传感器电容电压平衡控制策略

模块化多电平换流器(MMC)在高压大功率能量变换领域应用广泛,尤其在高压直流输电系统中,当桥臂子模块达上百个时,需要配置上百个电压传感器实时测量子模块电容电压,并根据调制策略分配各子模块的开关控制信号,大量传感器的使用增加了测量系统的复杂度和生产成本。针对MMC系统传感器数量较多的问题,在采用最近电平调制的基础上,提出一种单传感器电容电压平衡控制策略。区别于传统测量方法为每个子模块配置一个电压传感器,该策略采用每个桥臂只配置一个电压传感器,用于测量桥臂电压,并结合桥臂电流的充放电方向对各子模块电容电压进行实时预测校正,实现电容电压的平衡;同时,进一步定性分析系统调制度和控制频率对预测校正平衡控制策略的影响,为选取合适的控制参数提供依据。仿真和实验结果验证了所提方法在稳态和暂态工况下的正确性和稳定性。     

基于双队列的模块化多电平换流器子模块调制方法

模块化多电平换流器的子模块调制技术是该拓扑的主要技术难点之一。传统策略中,需实时检测桥臂所有子模块的电容电压,并进行全排序。若子模块数量较多,会对控制器性能产生较高要求,并产生控制延时,影响换流器安全稳定运行。为此,提出了一种基于双队列的模块化多电平换流器调制方法。在初始时刻建立桥臂的投入队列和切除队列,电平变化时根据当前时刻桥臂电流的方向及桥臂子模块的最大电压偏差,对上一时刻的投入队列和切除队列进行调整。该方法无需对子模块电容电压进行排序,在保持较低开关频率的基础上大大降低了系统运算时间。在PSCAD/EMTDC中搭建了相应的仿真模型,仿真结果证明了该策略的可行性和有效性。     

基于TMS28035的MMC的控制系统设计与实验研究

对模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)子模块电容电压测量方法进行了仿真和实验研究。1个桥臂只需1个电压传感器,对桥臂PWM调制单元的电容电压进行测量,对处于未调制时间段单元的电容电压用桥臂电流的积分运算得到。在兼顾开关损耗和电容电压均衡两个指标的基础上,综合利用2种子模块投切方式。基于TMS28035设计实验,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于四分位数的MMC子模块开路故障诊断方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块发生故障时,如何快速准确地检测并定位故障是提高换流器运行可靠性的关键。为解决上述问题,提出了一种基于桥臂输出电压误差、子模块电容电流误差四分位数的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开路故障诊断策略。首先,基于桥臂电压实际值和预测值误差,检测故障桥臂和子模块数目。其次,建立子模块电容电流观测方程,计算电容电流实际值和预测值误差,基于误差数据四分位数定位故障具体位置。最后,基于硬件在环(HIL)实验平台进行单相MMC系统实验研究,结果表明,所提方法在20 ms内准确定位IGBT开路故障,且故障定位阈值选取具有鲁棒性强的优点。     

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。     

MMC子模块电容电压改进控制方法的研究

介绍了模块化多电平换流器电容电压测量及均压原理,指出传统的电容电压控制下,当桥臂子模块数目过于庞大时,电压传输信号较多,增加了控制器设计难度。针对这一问题,提出了一种改进的电容电压测量方法,该方法中参与控制的电压信号数量仅为传统测量方法的一半,有利于降低控制系统的设计难度,减轻控制器工作负担。首先详细介绍了电容电压改进控制方法下的模块拓扑结构和电压测量原理,然后在此基础上,设计了改进电容电压排序算法,减少传统排序过程中不必要的运算量,在数据处理过程中进一步优化控制器运算,保证换流器稳定运行。最后搭建了仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。     

基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

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。     

(23期已送排）一种基于最近电平调制方式的MMC电压均衡改进方法

最近电平逼近是模块化多电平换流器的主要调制策略之一,在电平数较多的换流器中具有明显的优势。为保证均压效果,通常都需要实时采集各个子模块的电容电压进行排序,在实际工程中则需要大量的电压采集模块来实现。针对上述问题,提出了一种替换方法,即通过桥臂电流对各个子模块投入时间的积分量来进行排序,间接实现了电容电压排序的效果,这种方法可以有效的减少传感器的数量。同时,在提出的替换方法的基础上,引入子模块间允许的电压最大偏差,在系统输出特性允许范围的前提下,大大的降低了因排序而导致的IGBT开关频率。最后通过RT-LAB仿真平台搭建了21电平的的MMC仿真模型,对两种电压均衡方法下IGBT开关频率和子模块电容电压进行比较,仿真结果验证了所提方法的可行性及有效性。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。     

一种能够清除直流故障和减少传感器数量的MMC子模块及其特性研究

针对模块化多电平换流器(MMC)的直流故障清除问题,提出了一种新型的局部自均压组合电容型子模块。该子模块的拓扑结构具备故障自清除能力,并且能够利用不同工作模式的投切,自动实现子模块内部电容电压的均衡,即每一个新型子模块只需一个电压传感器对其进行监控。利用MATLAB/Simulink对基于新型子模块的MMC在正常状态和直流侧短路故障状态进行仿真,仿真结果表明相比于传统的N电平m相半桥型MMC需要2m(N-1)个电压传感器和2m个电流传感器,所提出的基于新型子模块的MMC所需电压传感器的数量以及参与控制的电压信号数量均减少一半,降低了系统硬件成本,减少了控制器运算负担,提高了系统稳定性;同时,当系统发生直流侧短路故障时,由于子模块具备故障自清除能力,能够阻断交流系统与故障点的电流通路,实现直流故障的闭锁。     

模块化多电平换流器IGBT状态参数在线监测方法*

考虑模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter ,MMC)可靠性与关键元件参数密切相关,本文提出一种针对其子模块(Submodule, SM)中绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)状态参数估计的新方法。首先分析子模块开关状态量与电压的关系并建立桥臂电压数学模型;针对通过传感器采集的桥臂数据存在测量噪声,引入卡尔曼滤波理论,在线性最小方差准则下,建立了MMC子模块IGBT状态参数监测信息的数学模型,从而得到桥臂各子模块IGBT状态参数。该方法仅利用输电系统中已布置传感器,无需添加新的采集点,在不增加量测系统复杂度的同时有效降低投资成本与采样开销。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所提出的估计算法的有效性,且能有效消除桥臂传感器噪声的影响。该方法对提高监测系统的便携性,降低成本和能耗,有一定的参考价值。     

雷电压及雷电流组合测量技术研究

在国内外．雷击事故严重威胁到电网的安全。对输电线路上雷电流和雷电压波形的测量系统进行研究,对电网防雷具有重要意义。研究了直接测量高压输电线路上雷电流和雷电压波形的组合测量传感器。其电流传感器采用自积分Rogowski圈;电压传感器采用自积分式电容分压器的原理,使用Rogowski圈的铝屏蔽壳作为高压臂电容的极板。8／20μs的标准雷电流和上升时间250rls的冲击电流试验表明,本文研制Rogowski线圈具有较好的频率响应特性和稳定的较小的灵敏度。冲击电压试验表明,所研制的电压传感器可较为准确地测量0．5／49μs和1．2／66μs冲击电压波形。该组合测量技术符合雷电测量要求。