模块化多电平直流变压器研究

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

新型双降压式模块化多电平直流变压器

为保证直流配电网稳定运行,直流变压器起到了至关重要的作用。针对半桥和全桥型模块化多电平直流变压器存在的直通和死区问题,本文提出了一种新型双降压式模块化多电平直流变压器,详细阐述了其拓扑结构和工作原理。基于类方波调制方法,分析了在不同外移相角和桥臂子模块内移相角的情况下该拓扑的变压器漏感电流变化以及功率传输特性。并提出了结合子模块电容电压变化量与当前电容电压值的排序算法,实现了桥臂内的电容电压平衡。基于PSIM平台对比了传统桥式模块化多电平直流变压器（HB-MMDCT）与本文所提出的双降压式模块化多电平直流变压器(DB-MMDCT)在类方波调制方法下的运行特性,验证了本文所提拓扑和控制方法的可行性和有效性。     

模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法

为了考核模块化多电平换流阀应力及其运行可靠性,针对高压大容量柔性直流换流阀子模块电压逐步提高的情况,提出了一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法。首先对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析;其次,结合应力分析,提出一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑,并建立了该试验拓扑的数学模型,阐述了其运行机理;同时,通过控制量的对称性,实时消去了交直流控制量中的直流分量;最后,搭建了仿真模型并进行了验证。结果表明,提出的模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法具有正确性和有效性,所提试验拓扑降低了直流试验电源的电压需求,其控制方法简化了试验电路的控制。     

新型模块化多电平动态投切DC/DC变压器

直流电网是解决新能源接入,实现远距离大容量功率传输的有效技术手段。直流变压技术是实现直流电网不同电压等级变换的核心。该文提出一种新型模块化多电平DC/DC变压器拓扑,借助一二次侧直流系统共享电容及模块化动态投切原理实现直流电压等级变换。同时针对不同应用场景,对变压器拓扑结构以及控制方式进行适应性调整。较之隔离型模块化多电平直流变压器,所提出的新型变压器结构简单,经济性和灵活性更优,控制系统高效简单,同时依托变比灵活调控,可主动参与潮流控制。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,并验证新型直流变压器的可行性与先进性。     

模块化多电平动态电压补偿器的控制策略研究

提出一种模块化多电平结构应用于动态电压补偿器的新技术。模块化多电平结构易扩展,便于实现,且具有公共直流母线,能够实现四象限运行。文中对模块化多电平动态电压补偿器的拓扑结构和工作特性进行介绍和理论分析。通过对几种补偿策略、子模块电容电压控制策略和MMC逆变单元调制策略的对比介绍,提出了适用于模块化多电平动态电压补偿器的同相补偿、子模块电容电压分层控制和载波移相PWM调制的控制策略。利用PSCAD软件搭建仿真模型,通过仿真分析,验证了模块化多电平动态电压补偿器控制策略的有效性和可行性。     

级联STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

级联STATCOM虽避免了变压器多重化结构造成的价格昂贵,体积庞大,损耗大以及变压器的铁磁非线性等问题,与其他多电平逆变器相比还具有结构简单,所需器件少,易于实现模块化设计和封装等优点,但同时也存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时会烧坏STATCOM装置,以至于无法正常工作。对于此问题,分析了电压不平衡的原因,从不同角度介绍了目前工程中常用的几种电容电压平衡的控制方法,并介绍了目前新型的直流侧电容电压平衡控制策略。     

子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略

半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在具备直流故障穿越能力的同时降低了开关器件的数量。介绍其拓扑结构以及子模块数量的确定方法。阐述半桥和全桥子模块阀段自身平机理和调制电压基本分配原则,并结合最近电平逼近调制提出一种半桥和全桥阀段间平衡的控制策略。分析直流故障期间换流器的等效电路,为了减少暂态期间直流故障电流对子模块电容电压平衡的影响,提出一种基于虚拟电阻的优化控制策略。整个故障穿越期间无需闭锁换流器,且还能持续保证交流系统对无功功率的需求。基于PSCAD/EMTDC,搭建两端子模块混合型模块化多电平换流器HVDC仿真模型,针对双极直流短路工况进行仿真分析,验证了所提出的控制策略的有效性。     

基于谐振式MMC的直流变压器设计

针对高压直流电网中不同电压等级的变换需求,设计了基于谐振式模块化多电平变换器(MMC)的直流变压器.分析了谐振式MMC直流变压器的工作原理和性能.研究了在不同的调制策略下,谐振式MMC直流变压器的各种运行模式,以及对应实现的电压变比.为了对谐振式MMC直流变压器进行全面的研究,提出了一种新型的调制方法,其具有灵活的变比...     

直流配网DC/DC变压器设计与调试

直流配电技术适用于园区供电以及多个园区之间的微网互联,是未来配电网发展的方向,而多电压等级直流配电网互联的关键设备是直流变压器.提出一种模块化多电平的DC/DC变压器,该变压器无需交流设备介入,可以直接通过控制子模块的投切进行变压.通过与常规模块化多电平直流变压器的对比得出,所提方案具有成本低、损耗小、体积小等优势.为验证所提出的变压器拓扑的可行性,搭建了20电平10 kV/15 kV直流变压器仿真模型以及8电平50 V/75 V直流变压器实验样机,通过仿真和实验,证明了所提方案的可行性,可以应用于实际直流配电网.     

MMC直流电压控制策略研究

为了对模块化多电平换流器(MMC)的直流侧电压进行控制并减小开关损耗,首先介绍了MMC的结构及子模块充放电原理,然后提出了MMC的直流电压控制是由系统级直流电压控制和子模块电压控制两部分构成;针对系统级直流电压控制,分析了直流电压控制原理,并提出相应的控制策略;针对子模块控制中存在的因开关器件盲目动作而产生的开关频率高的现象,提出了一种改进型子模块电压均衡控制策略,通过对传统电压排序方法的改进,避免了这一现象。最后以PSCAD/EMTDC为平台进行仿真研究,结果表明MMC直流侧电压可以稳定在额定值,并且器件开关频率明显降低。     

模块化多电平直流变压器容错控制策略

为了提高模块化多电平直流变压器子模块故障后的容错能力,该文提出一种基于单侧双重移相控制的模块化多电平换流器（MMC）型直流变压器容错控制策略。首先,针对MMC-H桥型直流变压器,分析了双重移相控制下的工作原理与功率模型,研究了发生子模块不对称故障后的系统运行特性,揭示了旁路故障子模块导致系统桥臂电压不对称、子模块电压不稳定与环流波动的机理;然后,以单侧双重移相控制为基础,将一次侧桥臂内和桥臂间的移相角作为控制量,提出一种MMC型直流变压器容错控制策略,通过平衡故障桥臂平均子模块电压,解决桥臂不对称引起的系统不稳定问题,抑制了桥臂环流波动;最后,在Matlab/Simulink平台搭建了每个桥臂10个子模块的变压器模型,对单侧双重移相下的稳态控制与子模块故障后的容错控制进行仿真,验证了所提容错控制策略的有效性。     

一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器*

模块化多电平变换器(MMC)已广泛用于高压直流输电,能将单个低压直流电网连接到高压直流电网。当需要将两个或多个电压等级不同的直流电网连接到同一个高压直流电网时,传统的解决方案是使用多绕组变压器或多个变换器。基于此,提出了一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器,可同时连接3个直流电网。针对所提变换器,分析了其工作原理和控制方法,并通过试验验证了所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。     

用于柔性直流配电的高频链直流固态变压器

提出直流固态变压器(DC solid state transformer, DCSST)将作为柔性直流配网中的关键环节,以实现高压直流配电和低压直流微电网间电压和功率的灵活控制和快速管理。文中给出一种基于高频隔离的双向DCSST方案,其具有与传统隔离双向DC/DC变换器类似的传输功率模型;串联端的电压平衡与并联端的功率平衡等价;并且较易实现分布式、模块化和即插即用的软硬件结构。文中给出DCSST的拓扑结构、工作模式、传输功率特性、控制和管理策略、设计和实现方法;在此基础上,基于SiC功率器件,搭建用于柔性直流配网的DCSST样机,验证控制和设计方法的正确性和有效性。随着柔性直流输配电的快速推广,DCSST具有较大的应用前景。     

基于多目标性能优化的模块化多电平高频直流变压器移相控制策略

高频直流变压器(high-frequency DC transformer,HDCT)是直流电网的关键设备。为了满足中高压直流电网母线互联、电压变换、功率双向传输和电气隔离的需求,两端皆为模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)结构的模块化多电平高频直流变压器(modular multilevel DC transformer,M2DCT)尤受关注。目前,移相控制是提高M2DCT性能的有效方法之一,而现有的移相控制方法主要优化M2DCT的单一特性。因此,为了同时降低电流应力,最小化功率损耗,改善软开关特性,实现M2DCT性能的多目标综合优化,提出了一种基于多目标性能优化的双相移(dual-phase-shift,DPS)控制策略。建立M2DCT电流应力,功率损耗和软开关特性的数学模型,提出多目标性能优化DPS的控制策略。通过M2DCT样机实验结果,验证了所提策略的有效性和优越性。     

一种可实现双向故障闭锁的双极Y型模块化多电平直流变换器

直流电网互联通常采用隔离型高压大功率直流变换器,但其存在体积大、成本高及传输效率较低等问题。该文提出一种双极Y型模块化多电平DC/DC变换器,其避免使用中间变压器,实现直流功率双向传输,并且可以有效闭锁双向直流故障。首先分析了变换器拓扑结构及故障闭锁工作原理,并根据桥臂内电势等效原理建立了数学模型。基于变换器臂间、相间能量平衡约束,在闭环控制的基础上引入桥臂电流补偿控制,提升变换器暂态性能。最后,在Matlab/Simulink搭建了采用模块化多电平DC/DC变换器(modular multilevel DC/DC converter,DC-MMC)的直流输电系统仿真模型,通过对端口电流、桥臂电流及桥臂电容电压等动态指标的分析,验证了所提DC-MMC双向功率传输控制及双向故障闭锁能力的可行性和有效性。     

模块化多电平开关串联型直流变压器的电流优化控制策略

针对模块化多电平开关串联型直流变压器在中压侧端口电压偏低和轻载情况下存在电流应力增大、运行效率降低的问题，提出了一种基于低压侧全桥内移相控制的电流优化控制策略。通过移相控制，在高频变压器端口产生零电平区间，抑制了传输电感电流尖峰，降低了器件电流应力及损耗。通过研究该直流变压器的工作模式，分析电流应力，以电流应力优化为目标制定优化控制策略。该策略采用分段计算移相角的方法，在维持开关管软开关特性的同时达到良好的闭环控制效果。最后，通过仿真和样机实验验证了所提优化控制策略的有效性。     

一种模块化组合式直流变压器及其主回路参数选择方法

当前,直流变压器是解决直流输电系统互联时电压等级不一致问题的主要方法,但传统的直流变压器中含有交流变压器因而价格昂贵。对此文中提出了一种无需交流变压器的模块化组合式直流变压器(modular combined DC transformer,MCT)。文中首先分析了MCT的拓扑结构和工作原理,然后根据MCT的性能要求提出了参数的选择原则,最后在PSCAD研究了含有MCT的直流输电系统仿真模型。时域仿真结果验证了文中所提出的MCT的可行性。     

用于HVDC系统互联的高频模块化直流变压器优化控制策略

针对应用于高压直流输电(HVDC)系统互联的高频模块化直流变压器(HFMDCT),以直流电流纹波及高频环节电流应力大小为优化目标,提出了HFMDCT的直流链匹配多电平控制策略。对HFMDCT在多电平控制方法下的直流电流纹波机理进行了分析;通过采用拉格朗日因子法得到优化高频环节电流应力的直流链占空比条件,并以此为依据提出了高频变压器变比的设计原则;同时,为了在直流电压变化时仍可以保证HFMDCT的运行效率,进一步提出了基于直流链匹配多电平控制策略的直流电流纹波优化控制方法。     

基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

基于直流内电势控制的MMC多端直流输电系统最优下垂控制

基于模块化多电平换流器(MMC)的直流内电势直接控制方法提出了一种新型的MMC多端直流输电系统下垂控制策略。该控制策略在直流电压控制站实现直流内电势-直流电流的下垂特性,并在功率控制站实现对直流电流和电容电压的闭环控制。基于对频域响应特性的分析给出了该控制策略的优化控制参数设计方法。仿真证明了所提控制策略的可行性和有效性。