MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.     

基于阶梯波调制的MMC电容电压平衡控制方法对比研究

针对阶梯波调制策略应用于模块化多电平变流器(MMC)时子模块电容电压的均衡问题,分析并比较两种典型的电容电压平衡控制方法。结合基于阶梯波调制策略的MMC工作机理的分析,详细论述开关序列轮换法和排序冗余选择法的基本思想和实施细则,给出两种控制方法在电压平衡效果、开关频率、算法结构和硬件要求四个方面的比较结果。依据相同的主电路参数,建立基于开关序列轮换法和排序冗余选择法的阶梯波调制MMC仿真模型和物理实验平台。仿真和实验结果表明,开关序列轮换法稳态表现良好,而排序冗余选择法有较强的暂态调节能力,后者具有较好的实用性和可靠性。     

电网电压不平衡时MMC基于非线性微分平滑控制方法*

针对电网电压不平衡时,模块化多电平换流器(MMC)系统出现网侧电流不对称问题,提出了非线性微分平滑控制方法。根据MMC系统拓扑,建立暂态数学模型,并分别对正、负序系统进行微分平滑性分析。功率外环采用基于功率前馈的微分平滑控制方法,为电流内环提供参考值;电流内环采用基于Lyapunov稳定理论的微分平滑控制方法,能够快速抑制负序电流,实现系统输出电流三相对称。在Matlab/Simulink平台上进行该控制方法和传统矢量控制方法的仿真对比,验证了非线性微分平滑控制方法具有更好的快速性和稳定性。     

基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略

针对模块化多电平变换器(MMC)存在的电容电压在不同工况下易出现波动的问题,设计了一种基于环流注入的MMC电容电压平衡控制策略,其中环流参考是基于桥臂电流瞬时值和对应调制信号获得的。相对于传统环流注入方案,新方案不需要确定输出电流的幅值和相位,具有一定的优势。此外,电容电压平衡控制方案中还设计了能够跟踪环流参考的闭环控制器。最后,搭建了5 kV·A级MMC样机开展了相关试验,试验结果验证了新型电容电压控制器的效果。     

MMC子模块电容电压检测新方法

传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压检测方法需要与子模块数相同的电压传感器,存在传感器数量大、采集信息工作量大的问题,提出了一种基于最近电平逼近调制MMC子模块电压检测的新方法,对桥臂子模块进行分组,每组采用一个电压传感器进行检测,通过检测电压对电容电压观测器的观测值进行校正,得到每个时刻电容电压值,提出提高电容电压复位校正次数的方法。针对硬件电压采样电路带宽限制影响桥臂输出阶梯波电压测量的问题,提出了子模块电压的补偿方法。仿真和实验结果表明所提出方法的正确性和有效性。     

不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。     

基于改进算法的MMC电容电压平衡策略

基于电压源型换流器的高压直流输电采用全控器件IGBT,又称为柔性直流输电,其中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)技术具有开关频率低、谐波少、方便拓展等特点,现已成为学者广泛关注的热点,对其子模块均压控制则是该技术的关键.通过对MMC结构进行深入分析,提出了一种改进的电...     

基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

不平衡电网电压条件下MMC控制策略综述

模块化多电平换流器(MMC)中负序电流的有效抑制对提高电能传输质量和系统稳定性具有重要意义。随着电网中出现不平衡故障的概率与日俱增，平衡网压下MMC的控制策略已不再适用。为此，从MMC内、外特性的影响因素出发，对国内外的研究现状进行归纳总结，并基于现有研究展望未来。首先，从外特性角度分析三个控制目标下不同控制策略的异同点，再进一步阐述引入多变量控制参数k后各电气量的变化趋势，并指出这些方法存在的局限性；其次，从内特性角度梳理环流注入、三次谐波注入对桥臂电流、电容电压的影响，并对相关研究的共性问题进行分析；最后，综合国内外对相关问题的分析与思考，提出该领域目前所面临的挑战，对未来需要深入探究的方向做出了展望。     

配电网电压不平衡时MMC控制策略研究

基于柔直技术的交直流混合配电网在促进配电网低碳化转型、提升供电可靠性等方面具有显著优势。模块化多电平变换器(MMC)具有扩展能力强、输出电压等级高等优势,为构建多电压等级、多层次、交直流混联的配电网提供有效的解决方案。结合我国配电网70%以上的故障是由电压不平衡所导致的现状,展开配电网电压不平衡时MMC控制策略的研究有广阔的学术研究意义和工程应用价值。因此,在理论分析的基础上利用PSCAD仿真软件和RTDS半实物平台搭建电网电压不平衡时的仿真模型,验证了所研究的电压不平衡时MMC控制策略的有效性。     

基于改进均压算法的模块化多电平变流器开关频率分析

以一种优化的最大电压偏差均压方法为基础,推导出模块化多电平变流器(MMC)平均开关频率的解析表达式,并分析了影响MMC开关频率的因素,对MMC损耗计算和散热设计具有一定的指导意义。在Matlab/Simulink平台上建立46电平的单相MMC模型,并进行仿真,最后搭建了9电平单相MMC实验样机,实验结果验证了所得结论的正确性。     

模块化多电平矩阵变换器的电容电压平衡策略

模块化多电平矩阵变换器M3C(modular multilevel matrix converter)是一种可以实现直接三相交-交变换的多电平拓扑,在大功率、中高压的电力传输或者电机牵引领域有着广阔的应用前景,但M3C变换器包含9个桥臂,模块数目众多,直接控制困难,传统控制系统的设计方法难以适用.因此,首先从双αβ0解...     

一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)的各个子模块间的电压均衡问题,是MMC拓扑的难点之一.本文在采用最近电平调制方式的基础上,对按子模块电容电压排序后,根据桥臂电流方向直接选择相应子模块触发的传统电压均衡方法进行了改进,引入子模块间最大电压偏差量,有效避免了因排序算法导致的同一IGBT不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电...     

基于分级控制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

子模块电容电压的平衡关乎模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能否安全稳定工作。根据MMC结构特点,将MMC电容电压的平衡划分为相间电容电压平衡和相内电容电压平衡2部分,并基于此划分提出一种基于分级控制的MMC子模块电容电压平衡方法：首先分析MMC相间电容电压平衡控制,在对MMC各相子模块电容电压平均值进行独立控制的基础上,实现相间电容电压平衡;然后,分析MMC子模块电容电压波动规律,通过对各桥臂调制波叠加平衡控制量,实现单相内部上、下桥臂间电容电压平衡和桥臂内子模块间电容电压平衡;最后,对所提控制策略在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证。仿真结果表明该方法正确、有效,有利于MMC的电压稳定和安全运行。     

希尔排序算法优化偏差控制的MMC电容均压模型

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)子模块均压控制问题一直是高压直流输电系统能否稳定运行的关键。当子模块数目较为庞大时,传统基于排序算法的均压模型会使得电容电压排序计算量加大,占用大量资源,为硬件的设计带来巨大困难。为此,设计了一种希尔排序算法优化偏差控制的MMC电容均压模型。通过对当前与上一个周期中所投入子模块的数量及各子模块电容电压与其平均值的偏差是否超过界限,判断是否再次计算触发脉冲,偏差的大小决定子模块是否投入,利用希尔排序算法对桥臂处于不同状态时满足相应判定条件的子模块进行排序,按照排列后的顺序依次投入,保证了系统的高效可靠运行。在PSCAD/EMTDC上搭建模块化多电平换流器的仿真模型,验证所提出的子模块均压控制模型的正确性。仿真结果验证了该控制模型在低频下能够很好地实现子模块电容电压的均衡控制。     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

适用于FPGA的模块化多电平换流器电容电压均衡控制方法

子模块电容电压均衡是模块化多电平换流器稳定运行的重要前提。针对传统均压控制方法排序计算量大、器件开关频率高的问题,从实际工程角度出发,提出了一种适用于现场可编程门阵列的新型电容电压平衡控制方法。根据正常运行时电容电压波动范围划分若干子区间,并依据实时采集到的电容电压将子模块匹配到相应的子区间分组内。在此基础上,针对电容电压在额定值附近的子模块,分组时考虑上一时刻的开关状态,并遵循尽量维持原有开关状态不变的原则进一步降低了器件的开关频率。在ML605-FPGA板卡中开发实现所提方法,并与实时数字仿真器组成硬件在环实时仿真系统。仿真实验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

一种模块化多电平换流器电压均衡改进策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是柔性直流输电系统的核心设备,其子模块的电容电压均衡问题直接影响系统的正常运行.针对此问题,首先介绍了一种现有的基于固定轮换的均压方法,指出其优缺点;再进一步提出一种改进的均压策略,能够在达到几乎相同的均压效果的基础上,减少模块的轮换;...     

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。