一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)的各个子模块间的电压均衡问题,是MMC拓扑的难点之一.本文在采用最近电平调制方式的基础上,对按子模块电容电压排序后,根据桥臂电流方向直接选择相应子模块触发的传统电压均衡方法进行了改进,引入子模块间最大电压偏差量,有效避免了因排序算法导致的同一IGBT不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电...     

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。     

不平衡电网电压下模块化多电平换流器的环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)内部环流的存在增大了桥臂电流的峰值和有效值,增加了子模块电容电压的波动幅度,影响电力电子器件的安全运行,因此,有必要对其进行有效抑制。通过对相单元瞬时能量进行推导和分析,指出电网电压不平衡时三相环流可能存在2倍频的正序、负序和零序分量,三相环流的直流分量不一定彼此相等。推导了三相环流直流分量即环流参考值的计算公式,并提出基于比例积分(PI)调节器和矢量比例积分(VPI)调节器并联的新型环流抑制策略,给出了相关控制参数的整定方法。新型环流抑制策略可直接在abc三相静止坐标系下执行,因而无需坐标变换和锁相环,控制结构简单,可同时消除2倍频正序、负序和零序环流,并且在电网电压平衡和不平衡时均适用。在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC仿真模型,验证了该环流抑制策略的正确性和有效性。     

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。     

新型模块化多电平变换器电容电压波动规律及抑制方法

模块化多电平变换器以其结构模块化、不需要变压器以及易于扩展到高电平等优点,成为近年来研究的热点.本文针对一种新型的模块化多电平变换器拓扑研究了其悬浮电容电压波动规律.首先从半桥臂的输出功率入手,分析了其功率脉动和一个周期内的能量变化,给出了电容电压波动幅值表达式.针对电容电压在低频下波动较大的问题,提出了一种电容电压波...     

模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法

模块化多电平变换器(MMC)子模块(SM)的数量与直流侧电压成正比,当SM增加时,会导致MMC的开关损耗急剧增加,因此降低功率器件的开关频率一直是MMC的重要研究方向之一。采用最近电平逼近调制(NLM)方式,提出一种基于全桥型SM的改进均压排序法,旨在降低MMC中功率器件IGBT的开关频率,该方法实现相对简单,无需额外的控制器,且易于扩展。最后,通过在MATLAB/Simulink平台搭建了19个全桥SM的仿真模型,验证了该方法的有效性。验证了所提全桥型SM优化均压策略,可以有效避免IGBT不必要的反复投切,降低IGBT的开关损耗,同时对外部输出特性不会产生负面影响。     

基于分级控制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

子模块电容电压的平衡关乎模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能否安全稳定工作。根据MMC结构特点,将MMC电容电压的平衡划分为相间电容电压平衡和相内电容电压平衡2部分,并基于此划分提出一种基于分级控制的MMC子模块电容电压平衡方法：首先分析MMC相间电容电压平衡控制,在对MMC各相子模块电容电压平均值进行独立控制的基础上,实现相间电容电压平衡;然后,分析MMC子模块电容电压波动规律,通过对各桥臂调制波叠加平衡控制量,实现单相内部上、下桥臂间电容电压平衡和桥臂内子模块间电容电压平衡;最后,对所提控制策略在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证。仿真结果表明该方法正确、有效,有利于MMC的电压稳定和安全运行。     

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。     

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。     

基于3次谐波注入的MMC冗余容错控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)在子模块(SM)故障时存在冗余度不足的情况,提出了一种基于3次谐波注入的MMC冗余容错运行策略。在不继续增加冗余SM的前提下,以维持输出线电压不变为基本思路,通过在桥臂电压调制波中注入3次谐波降低其调制比,等效地增大MMC冗余度,实现MMC在SM深度故障时的容错运行。与基频零序分量注入的方法进行对比,分析了所提方法的优势。在Matlab/Simulink上进行了仿真和实验验证。结果表明,所提控制策略能使MMC在冗余备份不足的情况下继续正常工作,有效避免了停机隐患。     

Four-Arm Three-Phase Modular Multilevel Converter (4A-TPMMC)

In this paper a Four-Arm Three-Phase MMC (4A-TPMMC)-based DC–AC converter is proposed. The proposed converter generates a three-phase output voltage using a lower number of components, which reduces the converter complexity and cost. The concept of the proposed approach is presented in this paper. A comparison between the conventional Six-Arm Three-Phase MMC (6A-TPMMC) and the proposed 4A-TPMMC is conducted. Two simulation models are built, one for the 6A-TPMMC, and the other for the proposed 4A-TPMMC. The simulations are carried out for the same number of submodules per arm and the same AC output voltage magnitude. Moreover, a case study using the proposed 4A-TPMMC, as a three-phase medium voltage motor drive, is considered. Finally, an experimental validation for the proposed 4A-TPMMC is presented to prove the viability of the claimed contributions.     

一种模块化多电平变流器的环流分析及抑制策略

模块化多电平变流器(MMC)因其结构特点带来的环流问题使桥臂电流发生畸变,增加了系统损耗。这里建立了MMC的数学模型,以开关函数为出发点,对环流成分进行分析,并给出了各次谐波解析表达式。为实现环流的有效控制,提出一种基于比例积分(PI)+比例谐振(PR)的复合控制策略,实现了桥臂环流中的2次谐波和4次谐波的有效抑制。最后,仿真和实验结果证明了环流理论推导的正确性和环流抑制策略的可靠性。     

南瑞MS3000电力信息运维综合监管系统通过技术鉴定

2012年11月21日,中国电机工程学会组织召开项目技术鉴定会,由南瑞集团自主研发的＂南瑞IMS3000电力信息运维综合监管系统软件＂项目顺利通过技术鉴定。鉴定委员会一致认为,该系统设计理念新颖,技术路线先进,功能全面实用,效益显著,达到了国际先进水平。＂南瑞IMS3000电力信息运维综合监管系统软件＂项目研究了多系     

基于模块组合多电平变换器的STATCOM及其控制

本文提出一种基于模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的新型综合补偿装置M-STATCOM,具有模块化、体积小、损耗低、等效开关频率高等优点,无需工频变压器即可直接应用于中高压电网。M-STATCOM不仅能工作于无功发生工况实现对电网的无功补偿,也适用于三相不平衡系统电能质量问题的综合治理应用。本文详细分析了M-STATCOM的结构特点和工作原理,在此基础上提出了无功发生工况和综合补偿工况两种工况下的控制方案。实验结果表明了本文提出控制策略的有效性和理论分析的正确性。     

采用质因子分解法的模块化多电平换流器电容电压平衡优化算法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)子模块电容均压问题,是MMC型高压直流输电系统稳定运行的关键。当桥臂子模块数过多时,采用传统的排序均压算法将使电容电压排序运算量过大,这对控制器的硬件设计带来巨大挑战。针对传统均压算法的问题,提出了一种改进的电容电压平衡方法,通过对子模块分组,减少了电容电压排序运算量,同时采用一种组间电压平衡算法,解决了各组间电压不平衡问题。在此基础上,类比整数质因子分解思想进一步优化,得到电容电压平衡分组排序的最优化方法。在实时数字仿真器RT-L ab中搭建了模块化多电平换流器直流输电系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)模型进行仿真验证,仿真结果表明,改进方法及最优化方法能在维持子模块电容电压平衡的同时,大大提高仿真计算速度,从而验证了所提出方法的有效性和可行性。     

基于模块化多电平变换器的混合变压器控制策略研究

混合变压器(Hybrid Transformer,HT)是一种将传统电力变压器与电力电子设备相结合的新型变压器。混合变压器借助传统变压器部分实现电网能量的传输的同时依靠电力电子设备保证良好的电网电能质量。     

A Grouping Strategy Based on Prime Factorization for Capacitor Voltage Balancing of the Modular Multilevel Converter

The modular multilevel converter (MMC) is attractive for high-power applications because of the advantages of its high modularity and high power quality. This paper proposes a prime factorization-based grouping strategy for capacitor voltage balancing of MMC. With prime factors arranged from the largest to the smallest, the computation burden has been reduced significantly, which is proved mathematically. Then, a 401-level MMC adopting the proposed grouping strategy is implemented and evaluated in the PSCAD/EMTDC environment. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed strategy for capacitor voltage balancing performance under both steady and dynamic states. And by comparing with conventional sorting algorithm, it can be concluded that the prime factorization pattern can significantly improve the simulation efficiency. Finally, the switching frequency of the proposed algorithm is discussed.     

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。     

混合背靠背模块化多电平变换器设计

近年来模块化多电平变换器在直流输电和电机驱动领域引起了广泛的关注。然而在电机驱动领域,输出低频时电容电压波动大的问题限制了其应用。提出了一种混合背靠背MMC拓扑,整流侧MMC采用全桥子模块和半桥子模块混合的结构,逆变侧MMC全部采用半桥子模块。分析了采用变直流母线电压的方法时电容电压的波动规律,并给出了系统的控制策略。电机在很大的转速范围内,电容电压波动基本恒定。最后,通过仿真验证了该拓扑结构及其控制策略的有效性。