不平衡电压下的MMC控制策略研究

模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)在高压直流输电领域有着众多优势,在未来传输新能源电能有着重要作用。在不平衡电压下,基于交流有功功率的分析,设计了基于正、负序控制的电流控制器,消除有功功率二倍基频波动。同时,MMC桥臂环流包含正、负、零三序分量,传统环流控制器(CCSC)仅考虑了负序分量,因而并不适用不平衡电压。在瞬时功率理论分析的基础上,提出并设计了一种基于直接控制环流正、负、零三序分量的环流控制器。通过Matlab/Simulink仿真平台,与传统二倍频负序旋转坐标变换的环流控制器对比,验证了所提出控制器的有效性。     

交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制

在交流系统不对称的情况下,三相模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部会出现零序性质的2次谐波环流,该零序分量将进入MMC直流侧,加剧直流电压、电流和功率的2倍频波动.为抑制直流侧功率的2倍频波动,以瞬时功率理论和比例谐振调节器为基础,设计了两相静止坐标系下MMC的控制策略.该控制策略由交流回路控制和直流回路控制2部分构成,前者实现MMC与交流系统之间的功率调节;后者实现MMC内特性的调节,主要抑制MMC环流中的2次谐波成分,使桥臂电流波形接近正弦.仿真系统采用不控整流站,逆变站采用MMC,结果表明:在交流系统不对称的情况下,该控制策略有效抑制了环流中的2次谐波成分以及MMC直流侧电压、电流和功率的2倍频波动.     

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

电网电压不平衡时对风电并网变流器的控制研究

针对电网电压不平衡时,永磁同步风力发电机组并网变流器直流侧电压存在2倍频的波动,进而造成网侧交流输入电流产生3次谐波,输出功率波动等问题,分别提出了以抑制输出有功功率、无功功率的2倍频波动和负序电流分量为控制目标的控制策略。系统采用双闭环控制策略,外环采用径向基(RBF)神经网络自整定PI控制器,内环采用准比例谐振电流调节器(PR)。在电网电压不平衡时通过对永磁同步风力发电系统网侧变流器的仿真和对比分析,验证了所提新型控制策略的正确性及有效性。     

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

不平衡网压下抑制MMC模块电压波动的环流注入方法

过高的子模块电压的波动会增加模块化多电平变流器(MMC)的体积及成本,甚至影响系统的安全运行。不平衡电网电压不仅对MMC的功率传输、环流控制造成影响,负序电压、负序电流的出现会加剧子模块电压的波动。为了保证系统运行的稳定,利用环流注入来有效地降低不平衡发生期间子模块的电压波动。首先通过推导不平衡网压情况下桥臂模块电压表达式,计算出环流注入表达式以降低模块电压波动。再分析对模块电压波动及直流侧脉动的作用效果,选择对表达式中负序2倍频环流及零序2倍频环流进行有效控制。以系统控制目标k及不平衡度ε为变量,绘制不同环流控制下三相模块电压波动三维图并对比控制策略作用结果。最终,通过MATLAB仿真及实验平台的结果,验证了环流注入算法的可行性及理论分析的有效性。     

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,给出了不同控制目标下的内环电流参考指令表达式;最后基于实时数字仿真系统(RTDS)建立了10 kV/10 MW MMC-高压直流输电(MMC-HVDC)实验系统,在电网不对称故障情况下针对两种控制目标进行了实验验证,实验结果充分验证了所提控制策略的有效性.     

基于电压补偿原理的高压直流输电系统故障控制策略

当高压直流输电系统交流侧发生不对称故障时,交流系统会产生负序电压和负序电流,从而引起换流站与交流系统之间的有功功率产生波动,使得直流系统的直流电压产生波动。这种波动的有功功率和直流电压会通过直流线路传输到系统的另两侧,影响其他两侧交流系统运行的稳定性。采用电压补偿控制的方法有效地抑制了负序电流,在PSCAD/EMTDC环境中建立基于MMC的多电平换流器的3端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和正确性,提高系统的稳定性。     

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、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,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了"防火墙"的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下柔性直流输电系统功率滑模补偿策略

针对柔性直流(VSC-HVDC)输电系统在交流电网电压不平衡情况下,功率产生2倍频波动分量的问题,首先通过分析不平衡电网电压下VSC换流器的数学模型,将引起系统2倍频功率波动的因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以系统2倍频功率为状态变量的控制方程;进而基于该控制方程提出了一种VSC-HVDC功率滑模变结构补偿策略,以同时抑制电流因素和电压因素引起的功率波动,以及VSC换流器输出电流的畸变,并提高了变工况状态下系统的动态响应性能。将该补偿策略引入到VSC-HVDC原有矢量控制环节中,当交流电网电压不平衡时,该控制策略能够单独对其中的2倍频分量进行有效控制,可以在不影响正常状态运行的同时又能抑制2倍频功率波动分量。通过在PSCAD/EMTDC中搭建两端VSC-HVDC仿真模型,证明了该策略抑制不平衡电网电压下系统2倍频功率和平衡交流侧电流的有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器的三相不平衡控制策略

为研究模块化多电平在交流系统三相不平衡下的控制策略,建立了MMC的数学模型,分析了交流系统故障下功率二倍频波动对换流器的影响以及锁相环对交流信号的跟踪问题。在分析基础上对正负序分别解耦控制,提出抑制有功、无功二倍频和负序电流的三种控制策略。最后在Simulink中搭建仿真系统,仿真结果证明,设计的三种运行方式转换的控制器在电网侧出现电压不平衡情况下能够很好地抑制故障分量,有助于模块化多电平柔性直流输电系统可靠、持续运行。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

模块化多电平换流器不平衡环流抑制研究

为抑制三相电压不平衡工况下模块化多电平换流器（MMC）内部三相环流,首先对不平衡工况下的MMC进行功率分析和网络分解;然后提出了通过控制换流器出口侧有功功率恒定将4个MMC序分量网络简化为正序网络和负序网络。接着对负序网络中三相环流的产生机理和动态特性展开分析,并提出了通过正序倍频旋转变换将负序网络三相环流转换为直流分量的方法。最后结合已有文献中关于正序环流特性和抑制控制方法的结论,得到了一种基于双同步旋转坐标变换的MMC不平衡环流抑制控制器设计方法。对61电平MMC的仿真分析,证明了提出的环流抑制控制策略在不平衡工况下既可保证MMC的正常运行,又可以在不增大桥臂限流电抗大小的前提下,有效地抑制内部环流。     

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器高压直流输电控制策略

在电网电压发生不平衡故障时,分析了模块化多电平换流器高压直流输电(MCHVDC)功率分量特性。为实现正负序电流统一控制,引入复合控制器(比例积分+准谐振控制器)作为电流内环控制,避免了同步旋转坐标系下电流序分量分解问题。研究了抑制负序电流、有功功率波动控制策略,并利用电压降落和不均衡度指标设计了对应的低压限流环节。为降低环流造成的额外损耗,在分析环流分量故障特性基础上,设计了桥臂环流抑制器。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建了仿真模型,对负序电流、有功波动抑制和环流抑制策略的有效性进行了仿真说明。     

模块化多电平变换器三相电网电压不平衡控制策略研究

模块化多电平变换器（MMC）广泛应用于高压直流输电系统中,三相电网电压不平衡时,MMC输出电流谐波含量较高,因此MMC输出有功功率、无功功率波动较大,且波动频率为2倍的基波频率。为了提高MMC工作特性,首先,分析了三相电网电压不平衡工况下,MMC在不同坐标系下的数学模型,并推导了其控制策略;其次,提出了三个控制目标,分别为抑制输出电流负序分量、抑制有功功率波动与抑制无功功率波动;最后,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,验证了控制策略的有效性。仿真结果表明：基于所提的三个控制目标,MMC输出电流的谐波含量大幅降低,工作性能得到了提升。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。     

基于模块化多电平换流器的直流输电系统网侧不平衡故障穿越研究

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)柔性直流输电系统在电网发生单相或两相故障时,会导致MMC桥臂上产生两倍频的正序、负序和零序环流,零序环流由于不能在三相桥臂之间相互抵消而进入高压直流侧,会影响其他换流站的运行。为此设计了二次零序环流控制器来对其进行抑制。并针对不平衡故障时,在相同传输功率下子模块电容电压波动幅值变大的问题,提出了通过对桥臂注入一定的负序二次环流,降低子模块电容电压波动的控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了基于MMC-HVDC的仿真模型,仿真结果表明此算法能保证直流母线电压的稳定,并降低子模块电容电压的波动,提高了MMC换流器不平衡故障的穿越能力。