一种降低MMC换流器子模块电容体积的方法

本文针对柔性直流输电工程子模块电容体积占比过高的问题,采用半桥子模块和全桥子模块相结合的方法,来抑制子模块电容电压波动量,使得子模块可以选取较低容值的电容,进而达到降低子模块体积的效果。通过推导桥臂能量公式,构建能量波动方程,得出能够使桥臂能量波动最小的调制比取值。为进一步降低电容电压波动,提出了相间电容电压互补的方法...     

降低模块化多电平换流器子模块电容值的控制方法

模块化多电平换流器(MMC)因必须对子模块电容电压波动范围进行限制,导致所需的子模块电容值较大,带来较大的成本和体积问题。提出了一种降低MMC所需电容容量的运行方式和参数设计方法。所提方法将子模块电容电压直流分量的实际运行值适当降低一定的比例,使电容电压波动的最大允许幅度增大,使选择较小的电容值成为可能。详细分析了所提方法的运行方式。为使所提出的降低电容容量的运行方式能够更好地实现,还提出了一种可以实现交流端口电流、直流端口电流和内部环流解耦控制的桥臂瞬时电流直接控制方法。通过这一方法可以直接控制换流器的内部环流分量,并能够动态调节各桥臂子模块电容电压。通过RT-LAB平台对所提出的运行方式进行了详细的仿真研究,验证了其可行性和有效性。     

一种适用于高电压等级的MMC子模块均压算法

子模块电容电压的稳定对MMC稳定运行至关重要。随着MMC电压等级提高,子模块数量逐步增大,传统排序均压算法难以满足控制要求。针对这种情况,提出一种适用于高电压等级的子模块电容电压分组的均压控制算法,所耗资源和时间大大减少,并且能够达到与排序均压相同的均压效果,减轻了阀控系统的设计难度,提高系统可靠性。     

一种MMC子模块电容ESR在线监测方法

模块化多电平变换器(MMC)子模块电容需要承受巨大的桥臂电流冲击,是系统中失效率最高的元件.等效串联电阻(ESR)是表征电容健康状态典型参数之一.通过对电容ESR进行监测,可对电容损耗、温升以及寿命进行估计,从而实现电容的预测性维护和替换,这对提升MMC系统电容的可靠性能有重要价值.在此基于MMC子模块电容电压的正负跳...     

MMC换流器虚拟子模块分层逆向模型预测控制

传统有限集模型预测控制应用于MMC系统时存在权重因子难以精确计算,运算负荷过大等问题.文中提出一种分层逆向模型预测控制方法,通过逆向预测网侧电压以及桥臂不平衡压降计算最优导通子模块个数,实现交流电流控制和环流抑制.无需计算系统全部子模块投切状态省去权重因子设计过程降低循环预测次数,提高了控制器的动态性能.同时运用改进的...     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

新型四电容组合的半桥MMC子模块拓扑

随着模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电工程的广泛应用,架空线路的直流侧短路故障频发,如何快速清除故障电流成为柔直工程中亟待解决的关键问题之一。传统的半桥子模块拓扑缺乏对直流侧故障清除的能力,而全桥子模块拓扑可以通过输出负电平来清除故障电流,但是其投资成本较高。基于此,在半桥子模块的基础上,提出了一种四电容组合的半桥子模块(four capacitor combined half bridge sub-module,FCC-HBSM)拓扑。FCC-HBSM通过4个半桥级联组成一个四电容的子模块,不仅可以快速有效地清除直流故障电流,还能够自均衡故障前后的电容电压。并且,相较于一些其他改进型子模块拓扑,所提子模块拓扑具有更简单的控制方式,同时减少了功率器件的数量,能够进一步降低换流站的建设成本。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,FCC-HBSM具有良好的直流故障清除和保持故障前后电容电压均衡的能力。     

一种新型模块化多电平换流器

柔性直流输电技术应用于架空线路场合面临的关键问题是如何实现直流线路故障的快速隔离,一般认为采用全桥拓扑的换流器是较好的方案。文中提出一种基于类全桥子模块的新型模块化多电平换流器(SFBSM-MMC),与采用全桥的换流器相比,该新型换流器在同样实现直流线路故障快速隔离的同时,还兼具了经济性。介绍了SFBSM-MMC的拓扑结构、工作模式和直流故障隔离原理,并对其基本控制策略、预充电策略和直流线路故障隔离策略进行了设计,最后通过仿真验证了预充电策略和直流线路故障隔离策略的可行性。仿真结果表明,SFBSM-MMC在快速隔离直流线路故障方面具有优良的性能,适合基于架空线路的柔性直流输电工程应用。     

模块化多电平换流器子模块均压电阻参数优化策略

子模块的均压电阻在模块化多电平换流器(MMC)启动过程中起均压作用,同时在停运过程中作为电容的放电电阻,但目前缺乏均压电阻参数设计的理论依据和优化策略。通过优化子模块仿真模型引入均压电阻和取能电源相关参数;分析了均压电阻参数在MMC启动过程中对子模块电容均压的影响,阐明了均压电阻过大时电容均压效果劣化的机理;同时修正了MMC停运后子模块电容放电时间的计算方法;最后提出满足电容均压、放电时间和功率要求的均压电阻参数优化策略和具体设计步骤。依托厦门柔性直流输电工程给出均压电阻参数设计实例并进行相关试验,试验结果验证了所提均压电阻参数优化策略的有效性。     

STATCOM中子模块电容电压均衡控制方法

子模块电压平衡是高压大容量静止同步补偿器(STATCOM)稳定运行的必要条件。简要介绍了STATCOM的拓扑结构和数字模型,详细研究了子模块瞬时功率特性和均压原理,并提出一种实际工程的控制算法。该算法可在子模块内部实现子模块均压控制,仿真结果和实际工程运行结果证明了该算法的有效性。     

一种柔性直流子模块测试装置的研制及应用

本文针对柔直输电系统缺乏调试手段的现状,提出一种用于模块化多电平柔直子模块自动调试的方法,设计了一种测试装置,包括管理单元、模块化多电平换流器(MMC)控制模拟单元、采集单元和能量输出单元。能量输出单元给子模块供电,MMC控制模拟单元模拟阀控协议控制子模块功能测试,采集单元采集子模块相关的电压状态,管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助测试判断,从而完成柔直输电系统子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。     

一种具备直流故障清除能力的新型MMC子模块拓扑

当基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流线路发生短路故障时,传统半桥子模块存在无法通过闭锁阻断直流故障电流的问题.对此,提出一种具备直流故障清除能力的基于半桥的五电平新型子模块(FLHBSM)拓扑.FLHBSM与传统半桥子模块具有相同的控制结构,并具备了直流故障清除能力.相比其他具备...     

模块化多电平换流器电容电压优化平衡控制算法

介绍了模块化多电平换流器(modularized multilevel converter, MMC)的拓扑结构及其工作原理,针对 MMC 子模块电容电压平衡问题,提出了一种新型的适用于采用载波移相正弦脉宽调制技术的 MMC 电容电压优化平衡控制算法,其本质是调整子模块的导通时间以对其电容电压进行动态调节.分别定义了在系统工作点附近具有相对稳定性的环流抑制系数以及电容均压系数,对子模块调制波进行纵向调整,有效确保 MMC 子模块电容电压的动态平衡;同时给出了环流抑制系数和电容均压系数的优化目标,以期得到理想的电容电压平衡控制效果.仿真结果验证了所提算法的正确性与有效性     

一种具有直流故障穿越能力的MMC子模块拓扑

模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)具有高度模块化、输出波形谐波含量低、开关频率低等优点,因而在高压直流输电领域得到了广泛应用.如何处理直流侧故障是MMC需要面对的主要难题.在分析已有子模块拓扑的基础上,提出了一种具有直流故障穿越能力的子模块拓扑,在不改变原有控制策略与调制策略的情况下能够快速切断故障电流.最后在PSCAD/EMTDC下搭建了仿真模型,对所提子模块拓扑进行了验证,仿真结果证明了所提出的子模块拓扑在切断直流故障电流方面的有效性.     

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）传统子模块（sub-module,SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

考虑子模块均压约束的混合型模块化多电平换流器功率极限分析

混合型模块化多电平换流器具备降压运行和不闭锁穿越直流故障的能力,子模块均压约束是其降压运行时对稳态功率运行范围起主要限制的运行约束。从满足子模块均压约束的换流器桥臂电流和桥臂电压的特性出发,分析了混合型模块化多电平换流器在降压运行时的功率极限运行范围。提出了快速确定混合型模块化多电平换流器可行功率运行域的计算方法。通过对比解析扫描计算的结果和电磁暂态仿真共同验证了计算方法的准确性和有效性。分析了全桥子模块比例对功率运行极限范围的影响。从功率运行能力的角度提出了全桥子模块最小比例的设计方法。     

应用于MMC换流阀的新型子模块电容电压波动抑制策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）的体积和建造成本主要受到子模块电容的限制。主动注入二倍频环流或者三次谐波电压是一种有效的降容方式,但已有的谐波注入策略大多采用离线查表的方式计算注入参数,当工况发生变化时,需要重新计算注入参数,不适用于工况频繁变化的场景,且对于二者同时注入的耦合效应尚缺少分析。为此,首先分析了二、三次谐波协同注入对子模块电容电压波动的影响,接着研究了其对MMC运行特性的影响并给出注入参数的约束条件。然后,基于对子模块电容电压波动的分析,给出了谐波协同注入参数的优化结果。最后,在PSCAD中搭建了双端MMC模型,对所提策略进行了仿真验证,结果表明谐波协同注入策略能够有效抑制子模块的电容电压波动。     

一种具备直流故障阻断能力的新型子模块研究

针对在柔性直流工程中得到广泛应用的半桥子模块无法处理直流侧故障的问题,提出了一种具有直流故障电流自阻断能力的子模块拓扑结构。阐述了新型子模块拓扑的基本结构和运行特性;基于直流故障期间系统等效电路,详细分析了新型子模块的故障电流阻断机理和器件耐压水平;对该子模块的混合实施方案进行计算,同时对阻断能力和经济特性做出了比较分析;在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,对所提出的子模块阻断能力进行验证。经验证,该型子模块拓扑能够快速有效地清除直流侧故障电流。