可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述

为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点,围绕模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）,建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型,结合PSCAD／EM’I＇DC的数字仿真结果,验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。     

一种柔性直流输电换流器调制方法研究

围绕柔性直流输电换流器调制方法,选择载波移相脉宽调制技术为研究核心,通过数学推导的方式解析了其调制特点,运用Saber软件描述CPS-SPWM调制方式,说明其合成原理和提高多电平等效开关频率的作用,通过对比选择DSP芯片,提出并分析了基于TMS320F28335的CPS-SPWM实现方法,以模块化多电平换流器为实验对象,给出了具体的操作方法。实验结果表明,基于F28335的CPS-SPWM实现方法具有较好的输出效果,在换流器装置中具有良好的可行性。     

柔性直流输电换流器经济性分析

本文通过分析IGBT直接串联两电平电压源换流器(2L-VSC)和模块化多电平换流器(MMC)的经济性差异,为特定工作条件下柔性直流输电系统换流器的选型提供理论依据。对比了两种换流器的结构差异,详细分析两种换流器的主电路器件参数设计方法和损耗计算方法,在此基础上提出了合适的换流器经济性评估指标,对IGBT直接串联两电平换流器和模块化多电平换流器的经济性进行定量对比分析。结果表明在35kV及以下工作场合,IGBT直接串联两电平换流器比模块化多电平换流器经济性更好。     

柔性直流输电换流器子模块程序远程升级研究与应用

介绍了柔性输电领域的模块化多电平换流器及其控制系统架构,分析了换流器子模块的工作原理和子模块控制器的软件功能。针对工程现场需要升级程序的困难,提出了一种可以在换流器上使用的远程升级方法,研究了其硬件架构、换流器在启动过程中的程序升级方法和流程,分析了程序升级的安全可靠性,并在配套的多端动模实验系统上验证实施。     

柔性直流输电工程技术研究、应用及发展

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。文中针对柔性直流输电在工程技术、工程应用与未来发展3个方面分别进行了总结和分析。针对柔性直流输电系统主接线、换流器拓扑结构、控制和保护技术、柔性直流电缆、换流阀试验等多方面进行了全面的技术分析,并指出其技术难点以及未来发展的目标和方向。介绍了国内外柔性直流输电工程应用领域及现状,并结合未来电网发展特点及需求,分析了柔性直流输电工程应用的趋势,表明了柔性直流输电技术对促进未来电网的发展具有极其重要的作用。     

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电动态模拟系统

介绍了基于模块化多电平换流器拓扑的柔性直流输电动态模拟系统,该模拟系统为背靠背的试验系统。以实际工程为原型,对交流系统、换流阀、换流变压器及直流电缆进行了等效模拟。并给出了交流系统、直流系统、换流阀、换流变压器的参数设计及模拟比设计。模拟系统采用了和实际工程现场一致的测量系统。介绍了故障模拟以及故障点设置。最后,介绍了动态模拟系统的稳态及故障穿越试验,并与实际工程现场的试验波形进行了对比,表明其能够准确模拟实际工程中的稳态及暂态特性,可以为柔性直流控制保护系统的设计提供试验验证。     

柔性直流输电系统换流器损耗与电压等级的关系研究

柔性直流输电一般采用模块化多电平换流器（MMC）,换流器损耗是衡量柔性直流输电系统的重要指标之一。推导了MMC子模块的通态损耗解析表达式、开关损耗解析表达式。从表达式可以看出,换流器损耗不仅与MMC子模块数量有关,还与柔性直流输电系统的容量、电压等级有关。详细分析了柔性直流输电系统容量与电压等级对换流器损耗的影响规律,得出了保证损耗最低的换流器输电电压等级的选取方式。仿真算例表明,采用所提方法确定的电压等级可以保证MMC换流器具有更低的损耗。     

适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的电路拓扑损耗特性研究

电网异步互联和可再生能源装机容量增加的现实需求,推动柔性直流输电系统已经达到3000MW的级别。当前,受功率半导体器件发展水平所限,需要设计组合式模块化多电平换流器(MMC)拓扑实现柔性直流输电系统的扩容。但是,不同组合方式下系统参数设计以及所适用IGBT器件类型差异很大,这对多变量下的组合式换流器损耗特性研究提出了挑战。本文首先提出了一种单台MMC的损耗计算方法,然后推导了组合式MMC的损耗计算解析表达式。在此基础上,对比分析了采用4500V/1500A和4500V/3000A IGBT器件的情况下,四种适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的组合式MMC拓扑损耗特性。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,四种拓扑中并联式MMC拓扑的损耗最小,验证了损耗特性分析的正确性。     

基于模块化多电平换流器结构的柔性直流控制策略

介绍了模块化多电平换流器(MMC)在高压直流输电系统中应用,比较了各种多电平方案,推导了模块化多电平换流器结构下高压直流控制方案,在此基础上提出一种适用于MMC的高压直流系统中控制策略,利用动模系统对控制策略进行验证,并给出模拟试验结果。试验结果表明,提出的控制策略对柔性直流系统稳定运行有帮助作用,并且能满足柔性直流基本的控制功能方面的要求。     

柔性直流输电工程用电容参数研究

柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

大功率双正激式DC/DC变换器的研究与开发

针对一种双正激式开关变换器新型拓扑结构,提出了一种独特的磁通能量维持控制方案,很好地解决了双正激式DC/DC变换器普遍存在的磁通维持阶段不理想问题,并有效解决了上下桥臂易出现直通短路的问题,使开关电源的可靠性大为提高.新拓扑的输入电压可以很高,其输出直流电源容量大、组数多,尤其适用于具有高压直流侧的大功率电力电子系统.在分析主电路和控制等回路结构原理的基础上,结合仿真波形以及实验结果验证了该正激变换器的优点.     

基于双向DC/DC变换器的单级逆变拓扑研究

单级式逆变器较传统的两级式逆变器结构简单、所用器件少、成本低、可靠性高,而且减少了同时高频开关工作的器件数目,降低了开关损耗,在中小功率应用场合具有明显的优势.本文提出一类新的隔离型单级逆变电路拓扑,它由两个双向DC/DC隔离变换器电路组合而成,包括Flyback、隔离Cuk、隔离Sepic 3种类型.对这类单级隔离逆变电路的工作原理及控制策略进行了理论和仿真分析研究,并在100VA 27VDC/115V400Hz单级式反激逆变器样机上进行了实验验证.实验结果与仿真结果一致,验证了该类电路和控制方案的可行性.     

模块化多电平型高压DC/DC变换器的研究

模块化多电平型(modular multilevel)高压DC/DC变换器采用模块化结构,能够很容易通过子模块串联的方法得到较高的电压和功率等级,适用于高压大功率直流变压场合。该DC/DC变换器采用由两个模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)组成"面对面相连"的结构,其本身具有直流侧故障保护的功能,无需采用直流断路器进行保护,变压器的存在可实现了电气隔离。目前针对此拓扑结构的研究尚处于起步阶段,其基本运行方式仍是研究的重点和难点。本文具体描述了模块化多电平型高压DC/DC变换器的拓扑结构,并且分析了其本身具有直流侧故障保护功能的作用机理。在此基础上,从调制策略、电容电压平衡策略及功率控制策略三方面对控制器进行设计。最后,通过建立仿真模型和搭建单相结构的实验平台,验证了所提基本运行方式的有效性。     

单管直流变换器三电平拓扑的交错开关方式

为降低开关管电压应力，提出了一种新型三电平拓扑变换方法，可直观地得到6种单管直流变换器的三电平拓扑。由于增加了开关管，可引入新的控制方式。通过分析变换器在不同开关相角下滤波电感电流脉动的大小，得出了在同样的电流脉动要求下，采用交错开关方式与采用传统开关方式相比，滤波电感可减小的幅度。最后通过实验验证了分析结果。     

多倍压输入DC／DC变换器最优拓扑结构研究

讨论了在多倍压输入情况下,合理选择DC／DC变换器拓扑结构的方法,并进行了原理性分析。通过各种拓扑结构的分析对比,得出了多倍压输入情况下最优拓扑结构。提供了详细的试验波形,充分验证了所得结论的正确性,为后续开发者提供了参考。     

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑

模块化多电平换流器（MMC）采用模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化,其普遍子模块（半桥、全桥结构子模块）的输出为0、1两种电平。提出了一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑结构并介绍了其工作原理。该种子模块可以输出0、1、2三种电平,与原有的半桥结构相比,在输出同样电平数的情况下,该新型拓扑可以节省25％的IGBT,减少了子模块的总数和换流站的占地面积。成功地将最近电平逼近调制（nearest level modulation,NLM）策略应用到新型拓扑上,并给出了相应的电容电压控制策略。在PSCAD仿真环境中搭建基于NLM的11电平两端MMC—HVDC输电系统,仿真结果表明子模块电容、直流电压和谐波均满足要求,验证了所提拓扑和控制策略的正确性与有效性。     

一种新颖的数控双向DC/DC变换器拓扑

提出了一种应用于低功率场合的双向DC/DC变换器。该变换器采用初、次级隔离的形式,其初级为隔离型Boost电路,次级采用半桥倍压电路。变换器的输出端为直流母线,能量反向流动给蓄电池充电。当直流母线故障时,蓄电池通过升压来维持母线电压。实验结果表明,在相同功率器件的条件下,该变换器可以实现能量的双向流动,适用于蓄电池等功率变换系统。     

一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器

针对常规半桥型模块化多电平换流器无法隔离直流故障电流的问题,提出一种新型的应用于模块化多电平换流器的自阻型子模块拓扑,并列出自阻型子模块的4种结构。这4种类型的自阻型子模块在隔离直流故障电流时,需要同时闭锁IGBT的触发脉冲。为了降低触发同时性的要求,进一步提出无需同时闭锁IGBT触发脉冲的2种增强自阻型子模块拓扑。模块化多电平换流器技术(modular multilevel converters,MMC)的全部子模块采用增强型子模块时所使用的电力电子器件较多,为了进一步减少MMC中电力电子器件的数量,提出一种由增强型子模块和常规半桥子模块构成的混合型MMC。PSCAD/EMTDC下的仿真研究表明,所提出的自阻型子模块、增强型子模块及混合型换流器能有效隔离直流故障。相比于常规半桥型MMC,该混合型MMC仅需提高25%的IGBT即可具备隔离直流故障电流的功能,因此具有良好的工业应用价值。     

新型混合式高压直流输电DC/DC变换器

针对高压直流电网中现有DC/DC变换器拓扑在成本、效率方面的不足,提出了一种基于模块串联技术以及晶闸管、二极管串联技术的混合式DC/DC变换器拓扑,以实现高压直流电网中不同电压等级的互联。对该拓扑结构的工作原理、控制策略、元器件参数设计、经济性等方面进行了全面的分析论证。最后,在MATLAB中进行了仿真,验证了所提DC/DC变换器的可行性。