考虑子模块均压约束的混合型模块化多电平换流器功率极限分析

混合型模块化多电平换流器具备降压运行和不闭锁穿越直流故障的能力,子模块均压约束是其降压运行时对稳态功率运行范围起主要限制的运行约束。从满足子模块均压约束的换流器桥臂电流和桥臂电压的特性出发,分析了混合型模块化多电平换流器在降压运行时的功率极限运行范围。提出了快速确定混合型模块化多电平换流器可行功率运行域的计算方法。通过对比解析扫描计算的结果和电磁暂态仿真共同验证了计算方法的准确性和有效性。分析了全桥子模块比例对功率运行极限范围的影响。从功率运行能力的角度提出了全桥子模块最小比例的设计方法。     

模块化多电平换流器功率模块故障鲁棒检测

介绍了一种模块化多电平换流器功率模块的故障鲁棒检测方法。针对功率模块模型的不确定性,建立了故障检测的自适应阈值区间。分析了功率模块动态特性的等张性,利用顶点算法构造了不同不确定因素的响应轨迹区间,用所有不确定因素的响应轨迹曲线的上下外包络线形成故障检测的自适应阈值区间。该方法对所考虑的不确定因素具有鲁棒性,而对故障保持了敏感性,能有效降低故障检测的误报率和漏报率。仿真实验验证了该方法的有效性。     

模块化多电平换流器模块冗余优化配置方法

针对模块化多电平换流器(MMC)提出一种模块冗余优化配置方法,该方法主要是从提高系统可靠性和冗余子模块有效利用率以及减少冗余子模块数量这3个目标出发,建立多目标优化函数,进而求解得到最优冗余子模块数量。分析了MMC的拓扑结构及其子模块的工作原理,在研究模块冗余保护方案的基础上,详细给出模块冗余优化配置方法的具体步骤,并将其应用到工程实际中进行分析。仿真结果表明该方法可简单、有效地配置冗余子模块数量,在保证系统可靠运行的情况下,节约成本,验证了该方法的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器功率模块电容对换流器调制度的影响

目前,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行特性的研究主要集中在换流器环流产生机理及其抑制、换流器输出电压及电流谐波特性等方面的分析,未对换流器功率模块电容对换流器调制度的影响进行过多研究。文中从换流器的基本原理出发,详细分析了功率模块电容对换流器调制度的影响,分析表明换流器桥臂中的n次谐波电流会在功率模块电容上产生n-1、n、n+1次电流谐波,进而在功率模块电容上产生n-1、n、n+1次电压波动,并通过开关函数的耦合作用使换流器的输出电压中包含n-2、n-1、n、n+1、n+2次电压谐波,换流器桥臂中的直流电流分量、基波电流分量及2次环流均会通过功率模块电容的影响在换流器的输出电压中产生基波电压分量。在PSCAD/EMTDC中搭建了云南异步联网鲁西柔性直流单元仿真模型,通过对该模型进行仿真研究,验证了文中推导及分析的正确性。     

模块化多电平换流器子模块拓扑设计及其控制

根据直流故障电流切断位置不同,首先分析基于交流断路器、直流断路器和模块化多电平换流器子模块拓扑的3种故障抑制技术方案及其特点。然后从切断故障电流角度出发,利用双向可控开关对半桥拓扑进行改进设计以抑制直流故障,并与传统半桥子模块相结合构成混合双子模块拓扑以降低单位电平成本和运行损耗。同时研究在闭锁期间混合双子模块内部电容不均衡充电所导致的电容电压不平衡问题及其应对策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建两端仿真模型,对混合双子模块拓扑直流故障抑制特性及电容电压控制策略进行仿真验证。     

模块化多电平换流器功率模块过压保护策略及优化

阐述了模块化多电平换流器(MMC)功率模块IGBT不同封装方式及失效机理,分析了功率模块在故障前后及旁路开关闭合前后的工作原理。阐述了不同IGBT封装方式的MMC功率模块过压保护工作原理,针对焊接式IGBT功率模块过压保护策略存在电压测量过程中采样异常导致换流器跳闸的风险,对功率模块过压保护策略提出优化设计。优化策略在功率模块控制板卡中实现,程序资源占用量小且易于实现,有效避免了高层级控制设备误判误动作的风险。此外,提出了过电压判据以避免系统过压时误旁路功率模块。通过仿真验证了文中所提优化策略的有效性和可行性,所提出的优化策略已在某一实际工程中应用。     

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。     

模块化多电平换流器子模块电流分配关系分析

对适用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流在子模块(SM)内部功率电路中的分配关系进行数学分析,提出SM平均状态方法,建立SM平均开关模型,推导出SM内部平均状态电流的数学解析表达式,得出SM离散电流的主要谐波成分及幅值,并进一步分析了换流器分别在有功和无功运行工况下SM电流的分配关系。试验结果表明,以上分析方法准确可行,该方法可有效应用于MMC柔性直流输电换流器阀SM的器件选型、损耗计算及热设计的理论指导。     

新型模块化多电平换流器的设计与应用

随着电力系统电压等级的不断升高,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)桥臂中串联的子模块数量增多,硬件成本升高,制约了其在直流输电系统中的发展.针对这些问题,通过分析多电平换流器和现有的阶调式模块化多电平变换器(Gradationally Controlled Modul...     

混合型模块化多电平换流器解析建模与功率运行区间分析

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电压水平下,电磁暂态模型仿真结果和稳态解析模型的计算结果,验证了稳态解析模型的精确性。研究了考虑多种运行约束条件时混合型MMC的功率运行区间计算方法,尤其考虑了半桥子模块的均压约束。计算了不同直流电压水平下的功率运行区间,分析了各约束条件以及子模块电容、桥臂电抗器、桥臂子模块比例等参数对功率运行区间的影响。     

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。     

模块化多电平换流器的损耗计算

对模块化多电平换流器(MMC)在正弦脉宽调制方式下子模块上下管开关器件的投入概率进行分析。结合上下管开关器件的投入概率,导出上下管开关器件等效电流的表达式。以子模块电容器在一个基频周期内的电压变化量是零为基础,推导出子模块电容器电压与电容器电容、负载功率因数、调制比及阀侧交流电流峰值之间的关系,并解析出上下管开关器件的平均电流与有效电流。利用开关器件制造厂商提供的损耗相关参数,对厦门柔性直流示范工程MMC在整流状态和逆变状态下的损耗和结温进行计算。计算结果表明,损耗计算和结温估算模型能为MMC冷却系统的配置提供参考。     

基于储能型模块化多电平系统的多时间尺度控制策略

将模块化多电平变换器作为电池储能装置的并网变换器,可在平抑新能源输出功率波动的同时实现储能装置的直接并网,降低了系统成本。对于大规模电池储能装置而言,如何延长其使用寿命一直是学术界和工业界的研究热点。基于此,提出了一种适用于储能型模块化多电平系统的多时间尺度控制方法。根据不同的时间尺度划分,可将整体控制分为三层,并为每层控制设定了各自的控制目标。在该控制方式下,仅需估算每个电池组的相对健康程度,即可确定各子模块的输出功率,进而改善电池组的健康状况,使其趋于一致,延长储能系统的使用寿命。最后通过Matlab仿真和实验验证了该控制方法的有效性和可行性。     

无锁相环模块化多电平换流器直接功率控制器设计

在采用传统双闭环控制策略的模块化多电平换流器(MMC)中,电感参数变化可能对设备造成不良影响。为此,利用αβ坐标系中电压和功率之间的数学模型,设计了一种无锁相环的直接功率控制(DPC)策略。该DPC中,通过一种无需使用系统角频率和电感参数的功率解耦控制器,将传统的双闭环简化为αβ坐标系中的单个功率环,避免系统频率偏移和电感参数变化对控制系统的不良影响。同时,该DPC还能实现有功功率和无功功率的独立解耦控制。仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提DPC具有更小的功率波动、较好的谐波抑制能力以及较快的系统动态响应,适用于与强电网联接的换流站。     

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。     

模块化多电平换流器排序频率优化设计

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其独特的优势取得了广泛的应用,其中子模块电容电压均衡排序算法成为了热点话题。目前国内外大多数均压算法优化的目的都是为了降低时间计算复杂度和器件的开关频率。通过分析MMC子模块电容电压更新过程和波动原理,推导均压算法的最小排序频率计算方法,通过仿真研究均压算法排序频率对均压效果的影响,根据仿真结果对排序频率进行了优化设计。最后,将厦门柔性直流输电工程作为算例,在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真,验证优化设计方案的正确性。由仿真结果可知,论文提出的排序频率优化算法具有较好的均压效果,相比传统的时刻排序方法可以降低器件一半的开关频率,且能同时降低整体平均时间计算复杂度。     

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。     

采用模块化结构的统一潮流控制器设计与仿真

统一潮流控制器应用于输电系统时需要解决适应于高压大容量的主回路选择与设计、调制控制等问题.文中对统一潮流控制器可采用的典型大功率多电平换流器进行对比和评述,在此基础上,对基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器的参数设计方法、控制系统结构、调制策略和启动方式等问题进行设计与仿真,验证了统一潮流控制器采用模块化拓扑结构的可行性,并指出存在的问题.     

面向港口供电的模块化多电平矩阵型电力电子变压器

提出了一种面向港口供电的模块化多电平矩阵型电力电子变压器拓扑,该拓扑的输入级、中间级和输出级分别由模块化多电平矩阵变换器、双有源桥式电路和三相四桥臂逆变器构成。该变压器共有4个端口,其中2个高压交流端口分别与海上风电厂和岸上电网连接,实现海上风电厂和岸上电网同时向港口供电,互为备用;1个低压交流端口和1个低压直流端口则分别用来给靠港船舶和港口用电设备供电。在分析该变压器拓扑的基础上,推导出变压器各级的数学模型,进而给出相应的控制方法,最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所提拓扑和控制方法的正确性和可行性。