基于三相串联半H桥型MMC的HVDC换流站研究

提出一种基于三相串联半H桥型MMC的HVDC换流站模型,在承受相同直流电压的情况下,其开关器件数目只有传统MMC的1/3,经济性显著。首先分析半H桥型MMC的运行原理,提出其等效模型及直流侧电容的确定准则;然后建立三相串联半H桥型MMC换流站基于交流有功功率平衡的控制系统,解决了其在交流故障下安全稳定运行的问题,同时提出附加直流侧电压控制方法,改善了直流侧相间电压平衡;最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提三相串联半H桥型MMC换流站良好的交流故障穿越能力。     

三相串联VSC的通用控制策略

三相串联VSC将三个单相VSC换流器在直流侧串联,相比传统的三相并联VSC,在承受相同直流电压的情况下,可以有效地减少开关元器件数目而降低直流换流器的造价。首先分析了利用交流侧有功功率调制实现三相串联VSC换流器交流故障穿越的基本原理,然后考虑换流器变压器的接线方式,针对交流故障下保持电网电流三相对称、抑制瞬时有功二次波动、抑制瞬时无功二次波动以及抑制零序电流4种不同的控制目标,分别提出了相应的电流控制方案,并给出了推导参考电流的通用方法和4种电流控制方案对应的参考电流公式。最后在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

特高压混合级联直流输电系统逆变侧MMC的功率返送现象及有功调控策略

特高压混合级联直流输电系统在逆变侧采用了多个模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)并联后与电网换相换流器(linecommutatedconverter,LCC)串联的结构,其中定电压控制MMC在系统运行工况改变或发生故障时会产生功率返送现象。为了避免计划之外的功率返送现象,提出了一种简单有效的有功调控策略来改善功率返送现象,其基本原理为通过调节定功率MMC的有功指令来维持MMC换流站功率平衡。基于PSCAD/EMTDC建立了相应的电磁暂态模型,分别在不同工况下对有功调控策略的功率返送改善效果进行对比,电磁暂态仿真结果表明有功调控策略能够有效改善功率返送现象,而且也可以加快故障恢复速度,降低故障过程中及故障后系统主要电气量的波动。     

三相光伏并网逆变器多目标优化模型预测控制

三相电压型并网逆变器广泛用于光伏发电领域。逆变控制方法用于提高并网系统效率和响应质量。模型预测控制策略使用离散时间模型预测下一个采样周期所有可能的输出值,根据评估函数选取最优电压向量。将模型预测控制用于三相电压型并网逆变器中。首先,建立三相光伏逆变器在d-q坐标系下的瞬时功率数学模型。其次,设计预测函数在线预测逆变并网参数。选择合适的目标函数控制逆变器下一采样周期的输出值。d-q坐标系下的跟踪精确迅速,所提出的控制策略计算量小,无需PWM调制,更容易实现。然后,对模型预测控制进行多目标优化。设计电流解耦控制减小系统输出有功功率,改变评估函数提高输出电流质量,修正交流侧电压参数提高预测的准确性。最后,仿真和实验结果证明提出的控制策略输出电流具有良好的动态性能和较低的谐波畸变率,可快速跟踪给定的参考值,具有无功补偿的功能。     

不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略

针对柔性直流输电系统交流侧不对称电压暂降下,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）运行时出现的功率波动、三相电流不平衡等问题,提出了不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略。该策略根据不对称电压暂降下MMC系统运行特性随调节参数的变化规律,以抑制有功功率波动与输出三相平衡电流的协调控制为目标,构建了线性加权解析式确定调节参数,在保证MMC输出电流峰值在最大限制范围内时,输出最大有功功率。该策略既拓展了有功功率输出能力,又提升了系统的整体控制保护性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器（LCC-MMC）的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器（MMC）的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

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。     

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.