基于MMC模块化多电平STATCOM的环流抑制均压控制策略研究

笔者对模块化多电平换流器(MMC)的运行特点进行分析研究,推导了基于MMC的静止无功补偿器(STATCOM)的数学模型。研究表明通过控制MMC桥臂的相内电流icirj可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制,使MMC桥臂电容电压平衡。基于此理论,文中提出了一种带相内电流抑制控制器的均压控制方法,调制策略采用改进的载波移相调制策略(carrier phase shifted SPWM,CPS-SPWM),并在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的整体控制方案。仿真结果表明了文中理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

基于单星MMC的新型STATCOM及其控制策略

通过分析基于级联半桥子模块双星形结构的模块化多电平变换器(MMC)拓扑,提出了一种基于单星形MMC的静止同步补偿器(STATCOM)拓扑结构,并与级联H桥STATCOM等拓扑进行了比较。该拓扑只采用双星MMC的一半,比级联H桥星形STATCOM节省13.4%的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。采用电流直接控制策略,给出了单星MMC-STATCOM的电容电压多层次控制方案及一种相间电容电压平衡控制改进方案,该方案不需要对零序电压注入量进行复杂计算。此外,还搭建了10kVA实验样机。仿真和实验结果表明,所提的单星MMC-STATCOM具有优良的动静态特性,验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

输电系统用STATCOM多电平主回路方案选择

静止同步补偿器(STATCOM)因具有无功输出特性优良、响应速度快、占地面积小等优点,在电力系统中得到了越来越广泛的应用。基于链式多电平换流器和基于模块化多电平换流器(MMC)的STATCOM多电平主回路方案是目前输电系统用STATCOM中最有可能采用的两种方案。文中对这两种方案在设备构成、控制性能、接地方式和电网故障穿越能力等方面进行了对比分析,并得出了链式方案比MMC方案更适合应用于输电系统STATCOM的结论。     

基于NLM的MMC低开关损耗控制策略建模与仿真

介绍了模块化多电平换流器（MMC）的工作原理,在分析基于最近电平逼近（NLM）调制方式的传统MMC控制策略基础上,重点对一种能有效减少开关次数、降低开关损耗的优化控制策略进行分析并建立数学模型,然后以11电平的MMC为例,在PCSAFD／EMTDC中搭建MMC仿真模型,验证低开关损耗控制策略及其数学模型的正确性与有效性。     

基于能量分析的MMC-STATCOM电容电压三级平衡控制

为实现模块化多电平变流器(MMC)作为电网静止同步补偿器(STATCOM)进行无功补偿的目的,同时满足各模块电容电压平衡的要求,可以采用三级能量平衡控制策略。首先对MMC中相与相之间、上桥臂与下桥臂之间、子模块与子模块之间能量变换和转移机理及特性进行了深入分析。详细探讨了影响MMC能量平衡的决定因素;又采用了基于准PR控制器的二倍频环流抑制策略抑制环流;在此基础上,借鉴了三级能量平衡控制策略,实现了电容电压的平衡控制。仿真结果表明:通过对MMC内部能量平衡控制,能够减缓系统遭受相间负载不平衡大扰动后的电容电压波动,从而避免由于三相不平衡所引起的STATCOM脱网运行事故。采用所提的电容电压平衡控制策略可以有效提高MMC-STATCOM的安全稳定运行能力。     

基于MMC技术的光伏并网逆变器原理及仿真研究

模块化多电平换流器（MMC）已成为最具前景的多电平技术,分析了以MMC为核心换流器的光伏并网逆变器的原理。并对MMC涉及的关键技术：MMC的调制和电压均衡进行了研究,提出了动态直接调制法和电容电压简化排序的均衡策略。在系统级采用传统光伏并网逆变器的双闭环控制方法,构建了完整的基于MMC的光伏并网逆变器的仿真模型。结果表明：采用MMC作为核心换流器并基于普通双闭环控制设计光伏并网逆变器的方案不仅是可行的,而且具有低谐波等优势。     

基于模块化多电平变流器的STATCOM研究

研究了基于模块化多电平变流器（MMC）的大容量STATCOM的控制策略,对MMC运行特性进行分析,并对基于MMC结构的STATCOM进行模型等效,并推导出其数学模型。针对其强耦合、非线性特点,通过反馈线性化方法实现功率解耦,对降阶后的线性系统设计滑模控制律,并进行数值仿真和结果分析。仿真结果证明了系统等效模型的合理性和可行性,同时系统有功和无功功率独立调节,动态响应良好。     

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。     

采用载波移相技术的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

模块化多电半换流器（modularmultilevelconveer,MMC）是应用于电压源换流器直流输电（voltagesourceconverter-highvoltageDC,VSC．rrvoc）的新型多电平换流器拓扑。该文介绍了MMC的拓扑结构及相应的工作原理。针对该新型换流器拓扑的特点及其在高压直流输电领域中的应用,提出一种新颖的适用于模块化多电平换流器的载波移相调制策略（carrierphase．shiftedSPWM,CPS．SPWM）。与其他调制策略相比,该策略动态调节能力强,且使MMC在较低开关频率的同时,亦具有良好的谐波特性。换流器中子模块的电容电压平衡问题,是MMC亟待解决的难点之一。该文根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,结合换流器拓扑结构特点和调制策略,提出一种子模块电容电压平衡控制策略,有效确保各子模块电容电压处于相同的动态变化范围。仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。     

混合级联多端直流输电系统的功率协调控制策略

针对一种整流侧采用电网换相换流器（LCC）,逆变侧采用LCC与多个模块化多电平换流器（MMC）串联的混合级联多端直流输电系统进行了研究。为解决目前已有的控制策略无法对逆变侧各换流站输送功率进行独立控制的问题,为逆变侧换流器设计了附加功率的协调控制策略,实现了对有功功率的独立灵活控制和MMC之间的功率互相支援,并为系统设计了故障控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了该直流输电系统模型并对所提出的协调控制策略进行了仿真验证。结果表明,附加功率的协调控制策略能够实现对逆变侧各换流器输送有功功率的独立控制,并且在系统发生故障后具有良好的故障恢复特性。     

MMC-STATCOM的2N+1单载波调制方法

合理的多电平调制策略及模块电容电压平衡控制是保证MMC-STATCOM安全可靠运行的基础。针对MMC-STATCOM无直流侧功率传输的特点,提出一种适用于MMC-STATCOM的单载波调制策略,其特征在于上、下桥臂调制波与同一载波进行比较,得到移相的上、下桥臂的模块投入数,实现2N+1电平的输出电压,从而提高补偿电流波形质量。同时,为保证变换器的稳定运行,提出一种基于功率模块开关状态反馈的电容电压平衡控制方法,无需模块电容电压排序,而且避免繁复的功率模块开关状态判断,有效降低控制系统复杂度。最后通过实验验证了所提调制策略的有效性。     

基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法

为稳定模块化多电平静止同步补偿器(MMC-STATCOM)的综合补偿,其交流侧电流、内部环流和子模块电容电压均须加以控制。文章首先分析了MMC-STATCOM同时补偿无功和负序电流的原理;然后针对一般方法将MMC交流侧电流和环流分开控制,提出一种基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法,以实现MMC内外特性的双重控制,减少了专门的环流抑制器,并采用准PR控制器进行MMC上、下桥臂电流的无静差跟踪,以减少控制系统的复杂程度;最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提方法可以实现STATCOM综合补偿,同时能有效抑制MMC内部环流。     

基于正负序分离的无功及负序综合补偿控制策略

为了在不平衡负载情况下实现无功和负序补偿,文章采用基于模块化多电平变换器的静止无功补偿器（MMC-STATCOM）同时进行无功和三相不平衡补偿。以正负序分离控制为核心思想,对传统的双坐标系控制方法进行改进,将正、负序分量分别在dq和αβ坐标系下控制。与传统方法比较降低了结构复杂度,提高了控制灵活性。并在电流直接控制方法的基础上,提出一种双极控制方案。仿真结果验证了文中提出的改进方法和综合补偿控制策略的正确性和有效性。     

单相模块化多电平变流器SVG控制方法研究

为解决模块化多电平变流器用于需要无功补偿的单相系统时直流侧电压稳定问题,文章首先介绍了单相模块化多电平变流器(Modular multilevel converter,MMC)的工作原理。然后通过对MMC建模,分析了单相MMC内部电压不平衡会造成环流,在此基础上提出了基于环流控制的稳压方法和MMC子模块电容的均压方法。在上述均压和稳压方法下,实现了MMC补偿单相系统的无功功率,并提出了一种基于T/6的虚拟三相法检测单相负载无功电流。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了上述控制方法的有效性。     

基于MMC拓扑STATCOM综合控制策略研究

针对基于模块化多电平变换器(Modular Multilever Converter,简称MMC)的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,简称STATCOM)提出了一种综合控制策略。根据MMC-STATCOM在不同工作状态下的性能要求以及最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,简称NLM)和载波移相SPWM(Carrier Phase Shifted SPWM,简称CPS-SPWM)两种控制策略的不同特点,在不同工作阶段分别选择合适的控制策略。基于瞬时无功功率理论,通过在d轴和q轴上分别叠加有功分量和无功分量的方法,在恒频启动阶段采用最近电平逼近调制并在电压外环采用斜坡控制,实现子模块电容电压快速稳定上升,在稳态阶段采用载波移相SPWM的分级控制,实现稳态时系统具有较好的输出性能。最后,综合控制策略进行了实验验证。     

基于3N桥臂的MMC-STATCOM控制方法研究

围绕目前电力系统的无功需求逐渐增大的问题,提出一种基于3N桥臂MMC的STATCOM改进拓扑。该拓扑能够替代传统多STATCOM并联运行模式,降低多MMC之间的协调控制复杂度,有效避免参数谐振、功率振荡和多机并联环流问题,减少系统损耗和成本。通过数学建模分析了3N桥臂MMC的环流特性,针对环流中占有较大比例的二倍频分量设计了一种在d-q负序旋转坐标系下的抑制方法;采用电流直接控制,给出了系统在无功补偿工况下的整体控制方法;通过仿真验证了文中所提拓扑和控制方法的有效性和可行性。     

电网发展的终极目标与恒电压运行的实现途径

提出恒电压运行的概念并论证恒电压运行是电网发展的终极目标。从恒电压运行的效益、恒电压运行的实现手段和恒电压运行的成本估计3个方面展开论述。恒电压运行的效益包括4个方面,分别为恒电压运行是坚强智能电网的终极表现形式;恒电压运行能够最大程度地抵御故障扰动并提高系统稳定性;恒电压运行可彻底解决大规模可再生能源接入电网引起的电压波动问题;恒电压运行可实现网损最小化。恒电压运行的实现手段主要是采用基于模块化多电平换流器技术的静止同步补偿器（modular multilevel converter based STATCOM,MMC-STATCOM）,目前技术水平下单个MMC-STATCOM的合理容量为500 MVA。对一个具有2万km、500 kV输电线路的受端骨干网架进行了恒电压运行成本估计,表明所需要安装的MMC-STATCOM容量在3 000万 kVA以下,其投资成本在100亿人民币以内。     

基于RBF的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通过控制策略使电力电子变换器具备同步发电机的转动惯量和阻尼系数,但这两个参数在调节过程中与频率为非线性关系,传统方法都将其作为线性关系来设计控制策略。该类控制策略只能粗略调整两个参数,且调节频率过高。针对这一问题,文章提出了一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的VSG转动惯量和阻尼系数协同控制策略,通过人工智能算法改进传统控制策略。从VSG数学模型、输出特性和小信号模型三个角度对转动惯量和阻尼系数控制方法进行了分析,给出了对应参数的取值范围;并针对VSG特有的非线性关系建立了双输入双输出的RBF神经网络控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真比较传统策略与文章提出的控制策略的瞬态响应,验证所提控制策略的有效性。     

基于RBF的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通过控制策略使电力电子变换器具备同步发电机的转动惯量和阻尼系数,但这两个参数在调节过程中与频率为非线性关系,传统方法都将其作为线性关系来设计控制策略。该类控制策略只能粗略调整两个参数,且调节频率过高。针对这一问题,文章提出了一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的VSG转动惯量和阻尼系数协同控制策略,通过人工智能算法改进传统控制策略。从VSG数学模型、输出特性和小信号模型三个角度对转动惯量和阻尼系数控制方法进行了分析,给出了对应参数的取值范围;并针对VSG特有的非线性关系建立了双输入双输出的RBF神经网络控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真比较传统策略与文章提出的控制策略的瞬态响应,验证所提控制策略的有效性。