模块化多电平直流变压器研究EI北大核心CSCD

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

新型双降压式模块化多电平直流变压器

为保证直流配电网稳定运行,直流变压器起到了至关重要的作用。针对半桥和全桥型模块化多电平直流变压器存在的直通和死区问题,本文提出了一种新型双降压式模块化多电平直流变压器,详细阐述了其拓扑结构和工作原理。基于类方波调制方法,分析了在不同外移相角和桥臂子模块内移相角的情况下该拓扑的变压器漏感电流变化以及功率传输特性。并提出了结合子模块电容电压变化量与当前电容电压值的排序算法,实现了桥臂内的电容电压平衡。基于PSIM平台对比了传统桥式模块化多电平直流变压器（HB-MMDCT）与本文所提出的双降压式模块化多电平直流变压器(DB-MMDCT)在类方波调制方法下的运行特性,验证了本文所提拓扑和控制方法的可行性和有效性。     

新型模块化多电平动态投切DC/DC变压器

直流电网是解决新能源接入,实现远距离大容量功率传输的有效技术手段。直流变压技术是实现直流电网不同电压等级变换的核心。该文提出一种新型模块化多电平DC/DC变压器拓扑,借助一二次侧直流系统共享电容及模块化动态投切原理实现直流电压等级变换。同时针对不同应用场景,对变压器拓扑结构以及控制方式进行适应性调整。较之隔离型模块化多电平直流变压器,所提出的新型变压器结构简单,经济性和灵活性更优,控制系统高效简单,同时依托变比灵活调控,可主动参与潮流控制。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,并验证新型直流变压器的可行性与先进性。     

模块化多电平动态电压补偿器的控制策略研究

提出一种模块化多电平结构应用于动态电压补偿器的新技术。模块化多电平结构易扩展,便于实现,且具有公共直流母线,能够实现四象限运行。文中对模块化多电平动态电压补偿器的拓扑结构和工作特性进行介绍和理论分析。通过对几种补偿策略、子模块电容电压控制策略和MMC逆变单元调制策略的对比介绍,提出了适用于模块化多电平动态电压补偿器的同相补偿、子模块电容电压分层控制和载波移相PWM调制的控制策略。利用PSCAD软件搭建仿真模型,通过仿真分析,验证了模块化多电平动态电压补偿器控制策略的有效性和可行性。     

级联STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

级联STATCOM虽避免了变压器多重化结构造成的价格昂贵,体积庞大,损耗大以及变压器的铁磁非线性等问题,与其他多电平逆变器相比还具有结构简单,所需器件少,易于实现模块化设计和封装等优点,但同时也存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时会烧坏STATCOM装置,以至于无法正常工作。对于此问题,分析了电压不平衡的原因,从不同角度介绍了目前工程中常用的几种电容电压平衡的控制方法,并介绍了目前新型的直流侧电容电压平衡控制策略。     

模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法

为了考核模块化多电平换流阀应力及其运行可靠性,针对高压大容量柔性直流换流阀子模块电压逐步提高的情况,提出了一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法。首先对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析;其次,结合应力分析,提出一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑,并建立了该试验拓扑的数学模型,阐述了其运行机理;同时,通过控制量的对称性,实时消去了交直流控制量中的直流分量;最后,搭建了仿真模型并进行了验证。结果表明,提出的模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法具有正确性和有效性,所提试验拓扑降低了直流试验电源的电压需求,其控制方法简化了试验电路的控制。     

一种新型结构的电力电子变压器

电力电子变压器是一种新型智能电力变压器,在配电网中应用前景广阔。本文提出了一种新的模块化电力电子变压器拓扑结构,将双向隔离DC/DC变换器与模块化多电平变换器子模块连接在一起,直接得到低压直流输出,并利用四桥臂变换器产生低压交流输出,这种结构方式更利于模块化设计,减小装置体积。文中给出了模块化多电平变换器,双向隔离DC/DC变换器以及四桥臂变换器的控制方法,最后通过仿真和实验验证了该拓扑的性能。     

基于谐振式MMC的直流变压器设计

针对高压直流电网中不同电压等级的变换需求,设计了基于谐振式模块化多电平变换器(MMC)的直流变压器.分析了谐振式MMC直流变压器的工作原理和性能.研究了在不同的调制策略下,谐振式MMC直流变压器的各种运行模式,以及对应实现的电压变比.为了对谐振式MMC直流变压器进行全面的研究,提出了一种新型的调制方法,其具有灵活的变比...     

直流配网DC/DC变压器设计与调试

直流配电技术适用于园区供电以及多个园区之间的微网互联,是未来配电网发展的方向,而多电压等级直流配电网互联的关键设备是直流变压器.提出一种模块化多电平的DC/DC变压器,该变压器无需交流设备介入,可以直接通过控制子模块的投切进行变压.通过与常规模块化多电平直流变压器的对比得出,所提方案具有成本低、损耗小、体积小等优势.为验证所提出的变压器拓扑的可行性,搭建了20电平10 kV/15 kV直流变压器仿真模型以及8电平50 V/75 V直流变压器实验样机,通过仿真和实验,证明了所提方案的可行性,可以应用于实际直流配电网.     

MMC直流电压控制策略研究

为了对模块化多电平换流器(MMC)的直流侧电压进行控制并减小开关损耗,首先介绍了MMC的结构及子模块充放电原理,然后提出了MMC的直流电压控制是由系统级直流电压控制和子模块电压控制两部分构成;针对系统级直流电压控制,分析了直流电压控制原理,并提出相应的控制策略;针对子模块控制中存在的因开关器件盲目动作而产生的开关频率高的现象,提出了一种改进型子模块电压均衡控制策略,通过对传统电压排序方法的改进,避免了这一现象。最后以PSCAD/EMTDC为平台进行仿真研究,结果表明MMC直流侧电压可以稳定在额定值,并且器件开关频率明显降低。     

一种非隔离混合型模块化多电平直流互联变流器

针对直流电网不同电压等级直流线路互联、新能源直流送出及中压直流储能系统等典型应用场景,文中提出交错连接软开关混合型模块化多电平直流互联变流器。通过对由H桥变流链构成的"电力电子电抗器"中电流与斩波器开关的配合控制,实现了斩波器中全部串联电力电子开关器件的零电流转换,具有开关损耗小、易于动态均压的优点,特别适于采用晶闸管等半控型器件实现斩波变换;加之未采用隔离变压器且直流电抗器小,是一种适用于中、高电压等级,具有转换效率高,器件电压、电流应力小,成本低廉等优势的双向直流功率互联方案。文中描述该变流器的拓扑结构、运行原理与控制策略,进行基于PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真与基于动模样机的物理实验,验证变流器的原理特点及运行有效性,并与其他几类典型直流变流器进行对比,证明其在转换效率与经济成本等方面具有一定优势。     

模块化多电平直流变压器容错控制策略

为了提高模块化多电平直流变压器子模块故障后的容错能力,该文提出一种基于单侧双重移相控制的模块化多电平换流器（MMC）型直流变压器容错控制策略。首先,针对MMC-H桥型直流变压器,分析了双重移相控制下的工作原理与功率模型,研究了发生子模块不对称故障后的系统运行特性,揭示了旁路故障子模块导致系统桥臂电压不对称、子模块电压不稳定与环流波动的机理;然后,以单侧双重移相控制为基础,将一次侧桥臂内和桥臂间的移相角作为控制量,提出一种MMC型直流变压器容错控制策略,通过平衡故障桥臂平均子模块电压,解决桥臂不对称引起的系统不稳定问题,抑制了桥臂环流波动;最后,在Matlab/Simulink平台搭建了每个桥臂10个子模块的变压器模型,对单侧双重移相下的稳态控制与子模块故障后的容错控制进行仿真,验证了所提容错控制策略的有效性。     

子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略

半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在具备直流故障穿越能力的同时降低了开关器件的数量。介绍其拓扑结构以及子模块数量的确定方法。阐述半桥和全桥子模块阀段自身平机理和调制电压基本分配原则,并结合最近电平逼近调制提出一种半桥和全桥阀段间平衡的控制策略。分析直流故障期间换流器的等效电路,为了减少暂态期间直流故障电流对子模块电容电压平衡的影响,提出一种基于虚拟电阻的优化控制策略。整个故障穿越期间无需闭锁换流器,且还能持续保证交流系统对无功功率的需求。基于PSCAD/EMTDC,搭建两端子模块混合型模块化多电平换流器HVDC仿真模型,针对双极直流短路工况进行仿真分析,验证了所提出的控制策略的有效性。     

基于电容电压波动补偿的混合型模块化多电平变换器

为了降低模块化多电平变换器的电容体积,文中提出一种基于电容电压波动补偿混合子模块的模块化多电平变换器。首先,介绍所提混合型模块化多电平变换器的系统结构与减小电容体积的机理,同时对混合子模块的投切原则进行详细分析;然后,通过分析混合子模块内部不同电容的能量波动,给出所有电容的容值设计方法,并与传统的半桥型模块化多电平变换器进行对比;最后,通过仿真与实验验证了所提方案的有效性。结果表明,文中提出的混合型模块化多电平变换器能够以较低的开关器件成本,大幅度提高电容能量利用率,降低模块化多电平变换器子模块电容的体积,实现系统功率密度的提高。     

用于超导储能系统的多电平电流调节器

电压型超导储能系统中的直流变换器用于实现对超导磁体的快速充放电。传统的直流变换器存在软开关难以实现、直流母线电压难以平衡的问题。为解决这一问题,提出一种用于超导储能的多电平电流调节器,它实现了高频变压器原边器件的零电压开关和副边器件的零电流开关,并能实现电压侧各直流母线电压的自动平衡。采用改变晶闸管移相角,进而控制超导磁体上的平均电压大小的方法来调节超导磁体充放电功率。在实现方法上,采用了基于数字信号处理器（DSP）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）的综合控制方法。实验结果证明了这种多电平电流调节器的良好性能。     

一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器*

模块化多电平变换器(MMC)已广泛用于高压直流输电,能将单个低压直流电网连接到高压直流电网。当需要将两个或多个电压等级不同的直流电网连接到同一个高压直流电网时,传统的解决方案是使用多绕组变压器或多个变换器。基于此,提出了一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器,可同时连接3个直流电网。针对所提变换器,分析了其工作原理和控制方法,并通过试验验证了所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。     

适用于中高压配电网的MMC-SST型电能质量综合治理方法

本文提出了一种采用模块化多电平变流器的固态变压器,并将其应用于中高压配电网的电能质量综合治理。首先,分析了模块化多电平变流器的固态变压器的拓扑结构与运行特性;其次,设计了其输入级、隔离级和输出级的控制策略;最后,构建了相应的Matlab/Simulink系统仿真模型。结果表明,在网侧电压瞬变、网侧电压不平衡、负载瞬变、谐波污染等工况下,模块化多电平变流器的固态变压器能始终保持交、直流侧的电压稳定,输入侧功率因数为1,且具有电压及电流动态响应快,抗负载扰动能力强等特点,能有效解决中高压配电网存在的电能质量问题。     

具有高变压比的分叉结构模块化多电平变换器

提出一种新型的分叉结构模块化多电平变换器(bifurcate modular multilevel converter,BMMC),BMMC将常规模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的串联结构桥臂替换为分叉结构桥臂,其拓扑可以从单一分叉结构扩展为多重分叉结构,具有多个交流端口,端口之间为错相连接。BMMC是一种无需变压器的高变压比AC/DC变换器,能够将电压等级较低的交流系统连接至电压等级较高的直流系统,并具有较低的损耗与较小的电容使用量,在交直流混合电网中具有广阔的应用前景。对BMMC的工作原理进行了分析,提出了相应的控制方法,对其性能特点进行了分析与总结,并在RT-Lab仿真平台上对理论分析和控制方法进行了验证。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

基于多目标性能优化的模块化多电平高频直流变压器移相控制策略

高频直流变压器(high-frequency DC transformer,HDCT)是直流电网的关键设备。为了满足中高压直流电网母线互联、电压变换、功率双向传输和电气隔离的需求,两端皆为模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)结构的模块化多电平高频直流变压器(modular multilevel DC transformer,M2DCT)尤受关注。目前,移相控制是提高M2DCT性能的有效方法之一,而现有的移相控制方法主要优化M2DCT的单一特性。因此,为了同时降低电流应力,最小化功率损耗,改善软开关特性,实现M2DCT性能的多目标综合优化,提出了一种基于多目标性能优化的双相移(dual-phase-shift,DPS)控制策略。建立M2DCT电流应力,功率损耗和软开关特性的数学模型,提出多目标性能优化DPS的控制策略。通过M2DCT样机实验结果,验证了所提策略的有效性和优越性。