模块化多电平换流器的快速电磁暂态仿真方法

通过分析电压源换流器换流过程,得到电压源换流器的简化电路。换流器的上、下桥臂互补通断时,简化电路与原电路等效。简化电路不仅减少了支路数,而且可简化支路方程,因此,基于简化电路的快速仿真方法可减少电磁暂态仿真计算量,节省仿真用时。该快速电磁暂态仿真方法的缺点是不能模拟开关死区和故障闭锁过程。在PSCAD/EMTDC仿真平台上通过3个仿真实例对基于简化电路的快速电磁暂态仿真方法进行了具体评估。结果表明,对2电平换流器而言,快速方法加速效果一般,实用价值不大;对高级联数模块化多电平换流器而言,快速方法加速效果很好,能显著节省仿真用时,实用价值较大。     

模块化多电平换流器实时仿真建模与硬件在环实验

模块化多电平换流器(MMC)因其独特的优势已在世界范围内取得广泛的应用。MMC实时仿真平台可以对控制系统进行测试,对实际工程具有重要的意义。文中开发了一种基于RT-LAB的高效MMC实时仿真模型,在MATLAB/Simulink中搭建21电平双端系统,在稳态、交直流暂态工况下与详细模型进行对比测试,验证了该MMC实时仿真等效模型的正确性。相比于OPAL-RT公司开发的提速模型,在相同条件下所述模型占用资源更少,能够仿真更大规模MMC系统;采用状态空间节点算法,将换流器的6个桥臂分割成6个子网络求解,可以实现超过601电平MMC双端系统的实时仿真。通过实时仿真平台,连接外部物理控制器进行硬件在环测试,实验结果表明所述模型具有良好适用性。     

模块化多电平换流器半实物仿真平台设计与实验验证

电平数较多的模块化多电平换流器(MMC)系统含大量高频开断的开关器件,其多模块的拓扑结构和复杂的协调控制导致基于纯物理装置的仿真实验建模面临诸多困难。针对这一问题,设计了一种MMC控制器并开发出样机,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)和物理控制装置的半实物混合仿真实验平台。其中,一次系统采用2.5μs小步长,能实现上百电平MMC系统的高精度仿真。控制器采用了多核技术,将并行的阀控部分分配在不同核之间,满足了实时控制的要求。通过多个稳态和暂态实验对平台实验能力和控制器的合理性进行验证,结果表明,此平台可灵活实现不同调制和控制策略,各项控制目标响应迅速且跟踪准确。所建立实验平台可以用于主电路设计论证、控制策略研究测试、控制器参数优化、柔性直流系统同大电网的交互研究等领域。     

改进式模块化多电平换流器快速仿真方法

提出了一种改进式模块化多电平换流器(MMC)快速仿真方法,与已有的模块化多电平换流器快速仿真方法相比,其改进体现在能够精确地对MMC闭锁状态下的桥臂进行模拟。改进式MMC快速仿真方法利用一个等效子模块替代一个桥臂,在MMC非闭锁情况下,桥臂等效为一个戴维南等效电路,与已有的MMC快速仿真方法相似;而在MMC闭锁情况下,桥臂将被等效为一个具有集中参数的半桥不控子模块。在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行二阶段启动以及直流线路故障的仿真验证,已有的MMC快速仿真方法在处理MMC闭锁问题时由于未考虑二极管的插值问题,具有较大的计算误差,而所提出的改进式MMC快速仿真方法,很好地解决了二极管的插值问题,具有较高的仿真精度。     

模块化多电平换流器多维度建模方法研究

目前可用于对模块化多电平换流器系统进行分析的仿真模型包括详细模型、高速等效模型和宽频模型,三种仿真模型各有优劣,应用范围有限。结合详细模型、高速等效模型以及宽频模型的优点,采用每个桥臂每种子模块单个详细模型、剩余子模块高速等效模型的方法,并考虑实际系统杂散元件的影响,在桥臂对应位置接入杂散元件,建立了模块化多电平换流器多维度模型。该模型兼具器件级电磁暂态特性仿真能力、高效性以及高准确度的特点,能够满足对模块化多电平换流器系统仿真的所有需求。基于PSCAD/EMTDC搭建了双端系统进行仿真,验证了所建立模块化多电平换流器多维度模型的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器的建模与控制

分析了模块化多电平换流器（MMC）的拓扑结构及原理。基于MMC的桥臂电流,建立了新型的电磁暂态模型,其中包括桥臂电流中基波分量、直流分量和二次分量的线性化方程。在此模型基础上,针对MMC桥臂电流中各分量提出相应控制策略,实现了换流器系统的外部功率控制和内部环流控制。通过Matlab／Simulink对基于所述模型的控制策略进行仿真试验,结果表明了控制策略的正确性和有效性。     

基于PSCAD的模块化多电平换流器仿真研究

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电(VSC-HVDC)发展前景广阔,特别是模块多电平换流器(MMC),将日趋成熟并广泛应用到输电领域。主要研究模块化多电平换流器系统的主电路参数设计、控制方法和仿真建模方法。在EMTDC/PSCAD平台上,搭建两端模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)的详细仿真模型,通过对模型在额定状态和功率波动状态下的运行结果进行分析,验证了仿真模型的有效性。     

模块化多电平换流器快速电磁暂态仿真模型

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的基础上设计了一种将独立子模块电磁暂态模型和一般子模块数值计算模型结合的混合模型仿真方法,弥补了数值计算模型难以模拟子模块电磁暂态过程的缺陷。为了进一步提高模型的仿真速度,通过简化MMC的电压均衡控制及子模块状态的差异性,建立了数值计算平均值模型。在PSCAD/EMTDC上搭建MMC-HVDC模型,对所提出的快速仿真模型及仿真方法的有效性进行了验证。     

一种模块化多电平换流器动态组合实时仿真模型

模块化多电平换流器(MMC)具有低谐波、低开关损耗、模块化等优点,已在国内外多个柔性直流输电工程中投入运行。数字实时仿真可对MMC控制与保护装置进行硬件在环测试,对保障交直流系统安全稳定运行具有重要意义。因具有高度并行计算能力,现场可编程逻辑门阵列(FPGA)常在实时仿真器中用于MMC模型计算。随着交直流仿真系统中MMC数量的增加,FPGA逻辑计算资源的消耗也成倍增长。在单个仿真计算步长内,元件模型计算与系统电路矩阵计算为顺序执行关系,因此MMC计算单元在周期性运算中存在闲置时间。文章提出了基于桥臂等效电路模型与桥臂平均值模型的动态组合实时仿真模型,FPGA中的MMC计算单元可以在元件模型计算与矩阵求解阶段中复用,实现MMC逻辑资源的优化利用,大幅降低仿真硬件成本。文章在PSCAD/EMTDC离线仿真环境验证了算法的准确性,并在包含FPGA的多核片上系统中实现了三端柔性直流输电系统实时仿真。     

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。     

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。     

模块化多电平变换器模拟仿真技术

为降低实时仿真器的成本,提高仿真性能,提出了一种针对功率变换器的实时模拟仿真方法,该方法具有天然的实时处理开关信号及模拟信号的能力,且其仿真速度与系统规模及复杂性无关。以电子模拟开关和运算放大器为核心,分别模拟实现了功率变换器数学模型中的开关函数和数学运算,并针对模块化多电平变换器(MMC)设计了MMC模拟仿真方法及电路,同时研发了MMC模拟仿真平台。通过仿真和实验验证表明了所提方法的可行性和有效性。     

基于电路等效变换的二极管箝位式模块化多电平换流器电磁暂态并行仿真模型

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）常规电磁暂态仿真模型计算资源消耗较大的问题,基于电路等效变换原理,提出了二极管箝位式模块化多电平换流器电磁暂态仿真的并行等效模型。首先将换流器子模块等效为受控源,实现子模块与换流器主电路的解耦,便于应用并行计算方法;其次根据子模块电路结构预先分析出各种可能的工作模式,以避免开关动作时重新生成计算矩阵,便于根据桥臂电流与开关状态等信息实时计算出模块端口电压。对一个12电平MMC换流器的仿真结果,验证了所提方法的有效性以及该等效模型的正确性。     

模块化多电平换流器无环流仿真模型

为简化仿真控制策略和提高仿真效率,对桥臂环流抑制功能投入的模块化多电平换流器(MMC)进行整体建模,提出一种无环流仿真模型。首先分析了MMC单个子模块工作的电气特性,然后以此为基础推导出换流器相单元电容电压之和与交、直流侧电气量的关系,最后对三相相单元进行整体建模得到反映换流器外特性的仿真模型。在M ATLAB中利用模型搭建柔性直流输电系统并对各种运行工况进行仿真,其仿真结果与基于RTDS详细模型仿真结果一致,充分说明了本文模型的可行性与准确性。该模型适用于仅关注换流器外特性的场合,具有仿真速度快、仿真精度高、适用性广的特点。     

一种模块化多电平变换器环流谐波的抑制方法

环流的存在是模块化多电平变换器(MMC)的一种重要现象。分析了环流谐波产生前的电路初始状态,指出电路初始状态中的谐波电压是环流谐波生成的原始因素。在此基础上,提出通过对消引起环流谐波原始谐波电压来抑制环流谐波的思想,根据该思想,提出了抑制由输出电流产生的环流谐波的开环控制策略。为分析策略的有效性,提出了环流控制的一种通用等效模型。实验研究证实了所提策略正确性。