特定次谐波注入抑制模块化多电平换流器电容电压波动

模块化多电平换流器（MMC）电容电压波动抑制有助于降低电容器体积/重量,降低换流阀设备投入成本。推导了换流阀子模块电容电压波动分量及影响因素,分析了二倍频环流注入、三次谐波注入对子模块电容电压波动及换流阀的影响,提出的特定次谐波注入方法,可显著降低换流阀子模块电容电压波动,且桥臂电流峰值和有效值控制在允许范围内。以张北柔直工程参数为例,通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零、二倍频环流注入、特定次谐波注入情况下的电容电压波动、桥臂电流有效值和桥臂电流峰值,验证了所提方法的正确性和有效性。     

抑制MMC电容电压波动的耦合谐波注入策略

谐波注入策略是抑制模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压波动的有效手段。现有谐波注入策略常忽略二次谐波电压,这会导致理论模型产生误差进而影响电容电压波动抑制效果。为充分发挥谐波注入策略优势,提出了一种考虑二次谐波电压的耦合谐波注入策略。首先建立了二次谐波电流和三次谐波电压注入后的MMC桥臂功率波动模型,并且在模型中考虑了注入二次谐波电流后引起的二次谐波电压分量。根据调制比和桥臂电流应力限制,分别给出了三次谐波电压和二次谐波电流的约束。在此基础上,以抑制桥臂功率基频分量和二次谐波分量为目标,提出了耦合谐波参数的选取方法。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提策略的有效性和通用性。结果表明：所提策略相较于已有文献所提策略能进一步抑制22.09 %的电容电压波动,适当增大桥臂电流可以更好地抑制电容电压波动。     

三次谐波注入应用于MMC-HVDC的研究

如何最大程度地利用子模块中的半导体器件,是实际使用MMC-HVDC(模块化多电平换流器的高压直流输电系统)中一个关键问题。针对这个问题,从桥臂电流的大小以及换流器阀损耗两方面,研究了稳态运行时三次谐波注入对MMC-HVDC的影响∶介绍了MMC的数学模型,并且详细分析了三次谐波注入技术及其在MMC中的应用;采用解析计算方法,从桥臂电流以及换流器阀损耗的角度,分析了三次谐波注入的优势;针对几种拓扑,分析比较了三次谐波注入技术的优劣。计算结果表明,在稳态运行时,注入三次谐波能够减小桥臂电流,减小换流器阀损耗,因此该方案具有一定的实际工程价值。     

基于MMC的柔性直流输电电容电压波动抑制方法

经过分析模块化多电平换流器上下桥臂电流成分以及子模块电容电压波动特性,计算桥臂子模块电容2倍频电流,提出了一种抑制柔性直流输电电容电压波动的方法。该方法通过向桥臂中注入2倍频电流来抑制电容电压波动。设计了2倍频谐波注入控制器,通过控制桥臂中2倍频环流的大小来达到最优化减小子模块电容电压波动。通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零和注入二次谐波情况下的电容电压波动大小,并对电容电压波动进行了谐波分析,验证了所提出方法的正确有效性。     

网压不平衡下环流注入对模块化多电平换流器的影响分析

在网压不平衡工况下,采用开关函数、三维图分析及函数拟合的方法,给出合理的环流注入策略,实现模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流峰值、模块电压波动的降低。分析环流注入对桥臂电流峰值、有效值以及模块电压波动的影响,得出环流注入降低桥臂电流峰值的最佳相位与不同工况下注入环流幅值的限定公式,以及环流注入降低模块电压波动的最佳相位及其注入幅值的限定公式。综合考虑桥臂模块电流、电压耐受能力后,提出一种可以实现桥臂电流峰值限定及模块电压波动限幅的环流注入控制方法。最后通过Matlab/Simulink仿真与实验平台验证了理论分析的正确性以及提出方法的有效性。     

一种以优化MMC-HVDC运行特性的谐波注入调制策略研究

针对柔性直流输电的输送容量主要受到电力电子器件通流能力限制的问题,提出了一种三次谐波注入调制策略。分析了三次谐波注入调制策略的原理,研究了三次谐波注入调制对MMC-HVDC系统运行的影响,包括对比了三次谐波注入调制和传统正弦波调制策略下MMC的桥臂能量波动、子模块电容电压和桥臂电流的特性差异。在PSCAD中搭建系统仿真模型,分别在稳态和暂态运行工况下对上述理论分析进行验证,结果表明三次谐波注入调制策略对MMC-HVDC系统运行特性的优化具有积极作用。     

MMC-HVDC三相解耦二次谐波环流抑制算法

随着模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电工程电压等级和输送容量的大幅提升,其拓扑结构中的桥臂串联子模块数急剧增加,使得整个换流阀的控制系统更加复杂,子模块电容电压均衡及二次谐波环流抑制等技术问题将更加突出。如果采用传统的最近电平逼近调制(NLC)策略对换流器进行控制,MMC内部存在明显的二次谐波环流。为了抑制二次谐波环流,假设环流中只含有直流分量,根据换流器交、直流侧瞬时功率平衡,推导出直流环流电流的计算公式,进而分别求得上、下桥臂子模块电容电压的参考值,该参考值在一个工频周期内围绕某一恒定值呈周期性变化,可使得各子模块电容电压的不均衡程度明显降低,二次谐波环流得到有效抑制。与传统的NLC策略相比,文中算法可以降低子模块电容电压的波动幅度,改善交流侧输出电压、电流的波形。当电容器容值存在差异时,文中算法还可以减小容值较小的电容器投入运行的时间,延长其寿命。最后,仿真结果验证了文中算法的有效性。     

桥臂轮流导通换流器谐波特性

分析了桥臂轮流导通换流器(AAMC)的交流谐波特性和直流谐波特性,并提出了谐波控制的方法。子模块电容电压的波动导致换流器输出交流电压、电流包含高次谐波,通过采用带有三角形绕组的换流变压器,AAMC输出的交流电压、电流将只含有6k±1次的谐波,其中最低次为5次谐波,更高次谐波将显著降低,通过优化选择子模块电容和换流电抗器可以将谐波控制在相关标准的范围内。采用提出的将2个交流侧电压相位相差30°的AAMC阀组在直流侧进行串联的方案,直流侧电压、电流将只含有12k次谐波,谐波幅值将只有非串联方案的1/4,直流侧平波电抗器的取值降低为非串联方案的1/8。PSCAD/EMTDC仿真验证了谐波特性分析和谐波抑制措施的有效性。     

半桥–全桥子模块混合型MMC的换流阀损耗分析方法

随着架空线路在直流输电工程中的应用和多端直流电网的逐步建设,半桥–全桥子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)具有广阔的应用前景,其损耗计算也具有重要的工程意义。针对控制环节中加入二次环流抑制和三倍频电压注入的半桥–全桥子模块混合型MMC,对其工作原理和调制策略进行了阐述,对换流阀的损耗进行了分类并给出了计算方法:根据桥臂电流方向对通态损耗进行分段计算;根据桥臂电流方向和桥臂电压变化情况对开关损耗进行分段计算。在PSCAD/EMTDC中进行仿真,验证了采用的半桥–全桥子模块混合型MMC损耗分析方法的正确性。计算和仿真结果表明,半桥–全桥子模块混合型MMC的阀损耗和全桥子模块比例正相关,且受到功率因数角和调制比的影响,在允许范围内功率因数角越接近零损耗越低,调制比越高损耗越低。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

模块化多电平换流器桥臂电流分析及其环流抑制方法

为了抑制模块化多电平换流器(MMC)内部环流,对MMC桥臂电压的波动和环流产生的机理进行了分析,提出了一种抑制环流的补偿控制方法。MMC在进行功率交换时,由于桥臂电流的作用,导致子模块电容电压发生周期性的变化,采用平均值的方法分析得出子模块电容电压包含直流分量和交流分量。采用最近电平调制法进行换流器电压调制,由于子模块电容电压含有直流分量以及基频分量偏差,导致桥臂电压与期望值间存在基频偏差和二倍频等分量,从而产生环流。通过对桥臂电压与期望值的偏差量进行补偿,能够消除桥臂电压的偏差,从而抑制换流器桥臂间的环流。在PSCAD/EMTDC中搭建了11电平MMC双端直流输电系统,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。     

混合型MMC降低子模块电容电压波动的优化策略

模块化多电平换流器（multilevel modular converter，MMC）在高压直流输电（high voltage direct current，HVDC）领域得到了广泛的应用。由半桥以及全桥子模块构成的MMC因具备主动使换流器直流侧输出极间零电压以适应短路故障条件的能力，引起了国内外学者的广泛关注。首先，从混合型MMC的开关函数角度出发，对理想情况下混合型MMC进行建模，建立了子模块电容电压基频、二倍频波动数学模型，并提出单位降容比的概念，研究了调制比对子模块电容电压波动的影响。其次，提出提高调制比的抑制子模块电容电压波动配合策略，有效降低子模块电容电压波动。在此基础上，提出基于三次谐波注入的新增半桥子模块数目优化方法，减少半桥子模块的新增数目，解决了单纯提高变比带来的全桥电容电压降落的副作用。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建双端±160 kV混合型MMC的仿真模型，验证了所提降容策略的正确性和有效性。     

一种新型模块化多电平换流器调制策略研究

介绍了适用于轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构及原理,并提出一种适用于MMC的新型移相载波调制策略(CPS-SPWM)。基于MMC的能量均衡和电压平衡问题,还提出了和调制策略相协调的电容电压均衡控制方法,最后通过Matlab/Simulink搭建了MMC仿真模型,结果证明所提出的控制方法可以有效地平衡换流器子模块的电容电压,并且保证MMC外部输出良好的交流电压和电流。     

新型模块化多电平变换器的PWM控制

新型模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)通过子模块电压叠加输出高电压,输出电压谐波含量少,且无需额外的滤波器和变压器,十分适用于轻型直流输电系统中.由于MMC各桥臂级联多个子模块,各子模块中通过对直流储能电容器的双向PWM斩波输出需要的电压,这就需要对各子模块电容电压进行...     

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。     

基于附加电平MPC的MMC环流抑制与子模块双重均压控制

针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制。通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之间的关系以及子模块电压波动的弊端,提出了环流抑制与子模块均压控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了31电平的模块化多电平变换器系统仿真模型,验证了所提策略的可行性与有效性。     

采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块电容的电容电压波动使得电容值难以降低,阻碍了MMC换流阀轻型化的发展。在考虑了2次和4次相间环流的基础上,分析了子模块电容电压与桥臂电流相互影响的机理。为了降低子模块电容电压的波动水平,提出了一种以子模块形式分段投切桥臂电抗器的降容方法。分析了子模块电容电压波动的产生机理,分析了电抗子模块分段投切降容方法的原理,并设计了相应的控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)模型,验证了所提降容策略的有效性,并与现有的环流抑制策略进行了对比分析。     

一种新型模块化多电平换流器

柔性直流输电技术应用于架空线路场合面临的关键问题是如何实现直流线路故障的快速隔离,一般认为采用全桥拓扑的换流器是较好的方案。文中提出一种基于类全桥子模块的新型模块化多电平换流器(SFBSM-MMC),与采用全桥的换流器相比,该新型换流器在同样实现直流线路故障快速隔离的同时,还兼具了经济性。介绍了SFBSM-MMC的拓扑结构、工作模式和直流故障隔离原理,并对其基本控制策略、预充电策略和直流线路故障隔离策略进行了设计,最后通过仿真验证了预充电策略和直流线路故障隔离策略的可行性。仿真结果表明,SFBSM-MMC在快速隔离直流线路故障方面具有优良的性能,适合基于架空线路的柔性直流输电工程应用。     

基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。