模块化多电平变流器的控制架构设计

针对模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率应用场合模块数较多、控制系统复杂的特点,提出了一种改进的三级分层控制的系统架构,解决了传统控制系统同步性及可靠性较低等问题。重点研究了该分层控制系统架构的实现方法,按照由高到低的顺序对上位机控制系统、主控制器、子模块控制保护单元等进行了详细分析,确定了各控制层之间的通信内容和功能。利用三相9电平MMC实验样机对所提控制系统架构进行了实验验证,证明了所述控制系统的可行性。     

模块化多电平变流器子模块电容的设计方法

研究模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)中桥臂的功率特性,并求得桥臂的瞬时功率解析表达式和MMC稳态运行时流过桥臂电流的直流分量。通过研究桥臂的等效充放电电路,求出充放电电流的解析表达式,并据此导出电容电压波动分量的解析表达式。根据电容电压波动分量的表达式,画出电容电压波动分量的幅值与调制比和功率因数角的关系曲线,并分析波动分量的来源及特性,求取波动分量的幅值与调制比和功率因数角的解析表达式,进而提出电容大小的设计方法。通过算例验证了电容电压波动分量的表达式和电容设计方法的正确性。     

模块化多电平变流器实验样机的设计

MMC已经成为工业界与学术界的研究热点,仿真分析虽然灵活方便,但有时与实际工况存在差距。首先设计了三相9电平MMC实验样机;然后遵照模块化的原则,设计了子模块;控制系统使用分层的构架,实现了不同层级的控制与保护;再利用载波移相、电压均衡控制及PR调节器实现了电容均压及环流抑制。最后通过实验验证了样机的性能。利用该平台能够为MMC的研究提供一个方便有效的手段。     

模块化多电平变流器均压策略研究

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)子模块电容电压的均衡是其稳定运行的前提,在此介绍了MMC的拓扑结构,分析了其运行原理,提出了一种基于子模块电容电压瞬时值排序和桥臂电流方向的简化均压策略。该策略上、下桥臂仅各需一个载波,而与子模块数无关。仿真和实验结果验证了所提均压策略的有效性。     

模块化多电平变流器改进最近电平调制策略的研究

针对传统的最近电平进行调制从而适合多电平、高电压的场合,但电平数偏少时输出波形质量会降低。对于传统调制方法存在的局限性,对最近电平调制进行了改进,在阶梯波产生时加入自变量的偏差量,调制波和阶梯波产生偏差,使系统输出电平数翻倍,降低总谐波失真THD值。最终在Matlab/Simulink中搭建MMC仿真模型,通过仿真结果对比加入不同偏差量时产生的输出谐波水平,得到最优偏差量,验证了该方法的正确性。     

单相模块化多电平变流器控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平拓扑,输出与子模块数相关的多电平波形。MMC具有高度模块化、易扩展、输出波形好等特点,在中高压场合具有广阔的应用前景。分析了单相MMC的拓扑结构和工作原理,并通过一定的控制策略,对子模块电容电压平衡与环流抑制进行协同控制;利用载波移相脉宽调制(CPSSPWM)技术,等效提高了开关器件的频率,从而降低其损耗。最后用Matlab/Simulink对单相MMC进行仿真实验,验证了调制策略和控制策略理论的正确性。     

模块化多电平变流器稳态运行特性分析

在考虑桥臂电流包含所有次谐波成份的基础上,提出一种新的模块化多电平变流器(MMC)稳态运行特性分析方法。通过研究分析MMC内部各电气变量间的耦合关系,推导得出系统通用矩阵方程,进而得到桥臂电流、子模块电容电压、相间环流等电气变量解析表达式,并总结了各变量稳态运行规律。该方法计算过程相对简单,计算结果更为精确。基于23电平MMC背靠背平台的仿真、实验结果与理论分析结果对比,证明了所提方法的可行性与可靠性。     

基于多尺度思想的模块化多电平变流器可靠性分析综述EI北大核心CSCD

对于大容量电力电子系统,其可靠性分析既要考虑器件的微观物理机理,又要结合系统的宏观工作特性,宏观与微观的结合无疑会带来计算量与精确度的矛盾,从而影响了可靠性预测的准确性。针对这个问题,文中尝试基于多尺度的思想,以模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)为研究对象,将现有的MMC可靠性研究从微观到宏观划分为器件级、电路级和系统级等3个尺度,系统梳理了各尺度的可靠性分析方法,并分析了不同尺度之间的相互影响。接着,总结了大容量电力电子系统多尺度可靠性分析方法,并以文中总结的内容为基础提出了不同尺度可靠性模型互联的思路。最后展望了MMC多尺度可靠性分析在未来的主要挑战。     

模块化多电平变流器调制策略研究

介绍了模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑结构和工作原理,针对MMC的拓扑特点,根据MMC各相投入的子模块总数是否恒为N的原则,基于载波层叠技术,研究了其输出相电压为N+1电平和2N+1电平的调制策略,并提出了实现方案,最后通过Matlab/Simulink仿真环境和搭建的MMC样机验证了该调制策略的可行性。     

模块化多电平变流器调速系统变频控制

模块化多电平变流器(MMC)凭借着诸多优势成为高电压大功率工况下的核心拓扑。但MMC变频调速系统运行于低频状态时存在桥臂能量分配不均衡、子模块电容电压波动严重等问题,不仅影响变频器全速域运行能力,甚至威胁系统安全。为解决上述问题,提出一种基于共模电压与偏置电压控制的MMC变频调速系统全速域运行方法,旨在通过控制系统各桥臂瞬时功率以快速抑制子模块电压波动。首先,构建系统数学模型,分析悬浮电容电压波动影响因素;其次,设计变频调速系统的低频控制器与在线模式切换环节;最后,为验证所提控制策略的可行性和有效性,对其进行仿真和实验的对比分析。实验结果表明,所提控制策略能有效抑制MMC变流器子模块电压波动,完成不同频段平滑切换,降低系统损耗,改善系统输出品质,提升MMC系统安全运行能力。     

模块化多电平换流器子模块IGBT损耗优化控制策略

模块化多电平换流器(MMC)因具备模块化、调度灵活等优势得到广泛应用.然而,逆变工况下,MMC子模块上下管绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的损耗分布不一致,导致子模块内各器件的寿命差异大,而系统可靠性取决于寿命最低的器件,因此,子模块器件的可靠性将严重威胁到换流器的安全可靠运行.为此,文中提出了一种MMC子模块IGBT损...     

模块化多电平换流器子模块故障特性和冗余保护

对模块化多电平换流器（MMC）的基本工作原理进行了阐述,分析了MMC中子模块的几种常见故障原因,指出了单个子模块故障会引发直流电压和直流电流的振荡,最终将导致换流器停运。对级联H桥多电平换流器几种常见的子模块故障冗余保护方案进行了比较,在此基础上提出了适合MMC的子模块故障冗余保护方法。该方法将少量冗余子模块置于热备用...     

混合背靠背模块化多电平变换器设计

近年来模块化多电平变换器在直流输电和电机驱动领域引起了广泛的关注。然而在电机驱动领域,输出低频时电容电压波动大的问题限制了其应用。提出了一种混合背靠背MMC拓扑,整流侧MMC采用全桥子模块和半桥子模块混合的结构,逆变侧MMC全部采用半桥子模块。分析了采用变直流母线电压的方法时电容电压的波动规律,并给出了系统的控制策略。电机在很大的转速范围内,电容电压波动基本恒定。最后,通过仿真验证了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

Four-Arm Three-Phase Modular Multilevel Converter (4A-TPMMC)

In this paper a Four-Arm Three-Phase MMC (4A-TPMMC)-based DC–AC converter is proposed. The proposed converter generates a three-phase output voltage using a lower number of components, which reduces the converter complexity and cost. The concept of the proposed approach is presented in this paper. A comparison between the conventional Six-Arm Three-Phase MMC (6A-TPMMC) and the proposed 4A-TPMMC is conducted. Two simulation models are built, one for the 6A-TPMMC, and the other for the proposed 4A-TPMMC. The simulations are carried out for the same number of submodules per arm and the same AC output voltage magnitude. Moreover, a case study using the proposed 4A-TPMMC, as a three-phase medium voltage motor drive, is considered. Finally, an experimental validation for the proposed 4A-TPMMC is presented to prove the viability of the claimed contributions.     

基于面积等效法的模块化多电平换流器损耗分析

基于模块化多电平换流器的直流输电(modularmultilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)阀的损耗研究目前还没有。由于MMC阀拓扑的特殊性,传统晶闸管和绝缘栅双极晶体管串联阀换流器的损耗计算方法均不能直接应用,文章结合其子模块特有的半导体器件的开关特性,分析了MMC子模块投入和切除的具体物理过程;结合换流器拓扑结构和面积等效调制算法,推导了典型工况下MMC阀的损耗与阀电压、电流、调制算法的关系,为MMC-HVDC输电系统的降损设计提供了依据。     

基于纹波转移MMC子模块电容电压脉动抑制研究

模块化多电平变换器(MMC)是一种具有广阔应用前景的多电平拓扑.论文首先推导了 MMC桥臂功率的数学模型,然后提出了 一种适用于MMC子模块的有源功率解耦方案,并设计了适当的控制策略来抑制子模块的纹波功率.最后设计了 一台额定功率为400W的实验样机,通过实验验证了该方案的可行性.     

模块化多电平柔性直流换流器阀组本体保护的设计

换流器阀组是柔性直流输电系统的关键设备。文中介绍了模块化多电平换流器阀组的基本原理和组成结构,基于舟山五端柔性直流输电工程对阀组过电流和过电压故障进行了仿真、分析研究,提出了阀组保护的关键需求,以此为基础构建了由子模块控制电路、阀控系统及柔性直流控制保护系统组成的多层次的完整的阀组本体保护系统及保护策略,提出了系统性的过流保护策略和系统性过电压判据,有效提高了阀组的过电流、过电压穿越能力。阀组保护系统及保护策略经过了±6kV两端柔性直流输电系统的试验验证和舟山、南澳工程现场试验的验证。