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。     

MMC功率模块过压故障导致柔性直流闭锁分析

针对鲁西背靠背柔性输电系统模块化多电平换流器(MMC)功率模块过压故障进行深入分析,通过现场故障检查,返厂检验分析出功率模块过压原因,同时应用鲁西背靠背柔性输电系统RTDS仿真系统精准地进行了故障再现.最终,指出功率模块过压暴露的问题及改进措施,这些措施对柔性直流输电的设计有很高的参考价值,同时为我国柔性直流发展总结了...     

MMC不对称负荷工况不间断运行实验研究

模块化多电平换流器(MMC)为无源系统或海上平台供电是其典型应用场景之一。为了提升MMC系统在负荷不对称工况下的可靠性和可用率,结合负荷电流不可控和线电压恒定的特点,提出了一种不间断运行控制策略。基于零序电压注入控制单相交流电压,改变单相交流平均有功功率,调整直流电流在各相单元的分配,防止因单一桥臂过流而退出运行,提升MMC运行范围。实验验证了所提控制策略的有效性。     

MMC的稳态相量模型及功率运行区间计算方法

模块化多电平换流器(MMC)的控制器输出量与MMC内部电气量之间存在复杂的耦合关系,难以确定影响其输出功率范围的关键因素及计算功率运行区间的边界.为此,首先以dq坐标相量的形式,推导出一种新的MMC的交流侧稳态等效模型,该模型为1个等效电容与等效电压源串联.模型参数可完全由控制器输出量和直流电压确定,从而将控制输出量与...     

基于不对称双子模块的混合MMC及其直流故障自清除能力

柔性直流输电技术及能源互联网的迅速发展,大大拓展了电力电子变流技术在电力系统输配电领域的应用。由于柔性直流输电架空线路较常出现瞬时性故障,研究了具有直流故障自清除能力的不对称双子模块结构。首先,详细阐述不对称双子模块的拓扑结构、工作原理和控制方法。在此基础上,详细分析不对称双子模块的直流故障自清除能力,并具体分析计算了不对称双子模块的损耗。然后,针对不对称双子模块损耗高于半桥型模块化多电平换流器(MMC)的问题,提出不对称双子模块和半桥子模块组成的混合MMC系统结构,并给出了两类模块个数的配置原则。最后,利用MATLAB/Simulink仿真软件给出直流侧瞬时故障情况下混合MMC系统的仿真波形,验证了混合MMC系统的直流故障自清除能力。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC...     

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。     

MMC功率运行区域分析及环流切换控制策略

通过对模块化多电平换流器(MMC)动态特性和控制机理的分析,提出基于系统容量、电容电压波动阈值以及最大瞬时调制比的功率运行区域确定方法,并通过该方法对环流抑制和环流注入控制策略在不同子模块电容配置下的功率运行区域进行了比较分析。该方法可以优化子模块电容参数选取,避免过度冗余设计。此外,提出基于电压预测的环流控制器,使在不同工作点下可根据分析结果直接进行最优环流控制模式切换。对某单一桥臂子模块数为20的MMC系统进行仿真研究,结果验证了所提功率运行区域分析方法及其环流切换控制策略的正确性和有效性。     

提升电网单相接地故障时MMC功率送出能力的改进控制策略

为应对电网故障时柔性直流输电系统受端换流站功率送出能力大幅降低,导致直流母线电压迅速升高,威胁系统安全稳定运行的问题,提出了提升电网单相接地故障时受端换流站功率送出能力的改进控制策略.首先,针对换流变压器采用不同接线组别时,电网单相接地故障对于模块化多电平换流器功率送出能力的影响进行研究;在此基础上,提出了一种模块化多...     

多端柔性直流输电系统中混合运行方式分析

多端柔性直流输电系统可实现多电源供电、多落点受电等,是解决孤岛供电、新能源并网行之有效的解决方法。以基于模块化多电平换流器的"两送一受"三端柔性直流输电系统为例,介绍混合运行方式中各换流站控制策略,并在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,仿真结果验证了混合运行方式的可行性。     

高压直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)的宽频耦合阻抗模型北大核心CSCD

近年来,随着基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术的推广应用,相关的宽频振荡问题时有发生并引起广泛关注。针对曾发生高频振荡的鲁西柔性直流输电系统,基于实际MMC的控制参数,推导了鲁西柔性直流换流器的宽频阻抗理论模型。该模型反映了各控制回路的动态特性及其对阻抗特性的影响,并体现宽频上的频率耦合特性。建立了鲁西柔性直流输电系统的电磁暂态模型,并采用扰动辨识法获得了MMC的阻抗-频率曲线,与理论模型的对比分析验证了两者在数赫兹到2000Hz宽泛频率上的一致性。     

应用于远距离架空线直流输电的混合MMC直流故障清除方式比较分析

全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)可以采用闭锁清除方式和主动清除方式实现直流线路故障清除,但是对于两种方式的故障清除特性差异、参数设计要求以及适用场合等仍缺乏全面的分析和比较.分别针对直流故障的闭锁清除方式和主动清除方式,建立了混合MMC故...     

多端柔直系统MMC自适应下垂及抗扰控制研究

多端柔性直流输电(MTDC)大多采用模块化多电平换流器(MMC)作为其电压源换流器.此处在多电平换流器控制系统中采用母线电压-有功功率(Udc-P)下垂控制策略,针对传统下垂控制中因为固定下垂系数无法实现系统灵活调节、有功功率分配不合理、直流电压偏差等问题,此处采用自适应下垂控制方案,根据电压偏差自动调节下垂系数.为了维持母线电压稳定,此处分析功率波动对电压动态响应性能的影响,提出一种电压扰动观测器,来提高控制系统鲁棒性.将上述策略通过实时数字仿真(RTDS)实验平台来验证所提方案可以有效提高MTDC系统MMC控制性能.     

多端MMC直流输电系统的优化设计方案及比较

模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电领域中具有广阔应用前景的换流器拓扑。在交流侧电压相对较低时,可以通过对换流器子模块数量的优化设计,降低所需的级联子模块数目,并可以使换流器直接接入较低电压等级的交流电网。这种优化设计方法也为柔性直流输电系统的工程方案设计提供了多种选择。文中结合±160kV/200MW的三端柔性直流输电示范工程,给出了多种系统的工程设计方案,并对各种方案的特性和主要参数进行了分析比较,提出了实际工程中MMC优化方案的设计选择原则。     

基于PSCAD的模块化多电平换流器仿真研究

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电(VSC-HVDC)发展前景广阔,特别是模块多电平换流器(MMC),将日趋成熟并广泛应用到输电领域。主要研究模块化多电平换流器系统的主电路参数设计、控制方法和仿真建模方法。在EMTDC/PSCAD平台上,搭建两端模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)的详细仿真模型,通过对模型在额定状态和功率波动状态下的运行结果进行分析,验证了仿真模型的有效性。     

适用多功率的最近电平调制下MMC子模块开路故障诊断策略

模块化多电平换流器（MMC）子模块（SM）发生故障时，快速检测到故障并定位故障SM是提升MMC可靠性的关键。现有研究基于经验的阈值设置在不同运行功率间难以推广。针对于此，提出一种适用于不同运行功率的最近电平调制（NLM）策略下MMC子模块开路故障诊断策略。所提策略通过判断SM电容电压预测值与实际值间的绝对误差是否超出阈值来检测并定位故障。通过数学推导给出了设置阈值的可靠依据，并验证了当运行功率发生改变时无需重新手动设置阈值，与现有研究相比降低了阈值设置难度。此外，所提策略整合了现有策略的优点，包括无需额外硬件，计算负担小，诊断速度快（<20ms），适用于多个SM发生故障的情形等。同时，通过理论分析验证了所提策略不仅适用于NLM策略的情形，在调整SM开关函数的预测方法后可推广至其他MMC调制策略。在硬件在环平台中的实验结果验证了该策略可以在不同功率点准确、快速地诊断出两种MMC子模块开路故障。     

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。     

半桥型柔性直流换流器功率模块典型故障分析

对目前柔性直流工程上常用的半桥型模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converters,MMC）的基本拓扑结构和运行工况进行了阐述,并对工程现场绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）上常见的直通短路故障、单管击穿故障、“瞬时性”直通短路故障、通信类故障等几类典型功率模块的故障特征、停电检查方法以及失效原因进行了分析,针对各类典型故障提出运维建议,以提高柔性直流工程的运行可靠性。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

基于MMC的柔性直流输电站级控制器的设计及其动模实验

站级控制器是模块化多电平换流器柔性直流输电控制系统的核心部分,与上位机、下层控制器协同配合实现柔性直流输电的可靠控制。对基于MMC-HVDC站级控制器主要功能进行了分析,提出了一种站级控制器硬件结构设计方案,并针对该硬件结构以及功能需求设计了软件程序逻辑。研制了基于该站级控制器的4kV/100kW的MMC-HVDC实验样机,在样机上进行稳态实验以及电压阶跃实验,结果表明系统能够正确快速进行有功类无功类物理量的调节,并能对交流系统故障以及控制器通信故障进行清除,验证了站级控制器硬件结构及程序逻辑的正确性。