模块化多电平逆变器预充电控制策略

针对矿井提升机运行特点,采用由模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器构成的背靠背模块化多电平变流器用于矿井提升机控制;针对目前通过直流侧对模块化多电平逆变器进行预充电的控制研究较少的问题,提出了一种模块化多电平逆变器预充电控制策略。该控制策略通过控制充电电流来控制子模块充电状态,使子模块电容充电至模块化多电平变流器稳定运行时的电压要求,同时将充电电流和充电过程中产生的过电压限定在安全范围内,使充电时间最短。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

一种新型直流故障限流器拓扑

基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展,直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点。故障限流技术能够快速的限制短路电流的峰值与上升率,为直流断路器的快速隔离提供有利条件。该文提出一种新型直流故障限流拓扑,通过在故障过程中降低等效电感、快速投入吸能电阻以及配合直流断路器,来降低短路电流的峰值、抑制电流的上升率和降低直流断路器中避雷器吸收能量,最终实现直流侧短路故障电流的快速清除。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证该拓扑的有效性,仿真实验结果表明,所提新型直流限流器能够降低直流故障电流峰值(降幅达57.4%)、电流上升率(抑制率达50.3%)以及直流断路器中避雷器吸收能量。     

MMC电容电压排序优化算法研究

根据模块化多电平换流器的运行原理,研究了传统电容电压排序算法导致器件开关频率增大的根本原因;为降低器件的开关频率,提高系统运行效率,提出了一种电容电压排序优化算法。该算法对传统排序算法进行了优化改进,给定3个电压参考值,将已投入的子模块电容电压值与参考值进行比较,判断是否继续保持投入状态。在Matlab中搭建了每相60个子模块的MMC电容电压排序优化算法仿真模型,仿真结果表明,该算法能显著降低功率器件的开关频率,减小换流器的功率耗损。     

MMC的优化开关频率法研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)不仅没有类似箝位型多电平换流器直流母线之间的直流电容器组,还具有级联型换流器"模块化"的优点,因此模块化多电平换流器在高压直流输电中具有广阔的应用前景。本文介绍了MMC的数学模型和工作原理,提出了一种优化载波移相SPWM,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于开关频率优化PWM法的MMC仿真系统,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、等效开关损耗小等优点。     

基于MMC的轻型高压直流输电系统的建模与控制

针对基于电压源变换器VSC的高压直流HVDC输电系统存在输出电压低次谐波含量多、需要体积庞大的滤波器和变压器、串联器件的动态均压等问题,提出了一种基于模块化多电平变换器MMC的轻型HVDC输电系统的设计方案;根据建立的MMC-HDVC输电系统的数学模型,详细介绍了该系统控制策略的实现。该控制策略从装置级和系统级两个方面控制MMC-HVDC输电系统,分别实现子模块电容电压的平衡控制及系统的功率解耦控制。仿真结果验证了该系统的可行性与有效性。     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。本文基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于本文中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(nearest level modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。     

MMC型换流器电容电压波动抑制方法研究

为了解决模块化多电平换流器(MMC)电容电压波动导致的换流器成本与体积增加等问题,提出了一种电容电压二倍频纹波抑制方法。首先从能量脉动角度推导了电容电压波动的数学模型,比较了不同二倍频环流对MMC电容电压波动抑制效果的影响;然后采用Clark变换将桥臂共模电压分解为αβ轴分量,利用准比例谐振控制器生成桥臂环流参考值,设计内环控制器对外环控制器生成的桥臂环流参考值进行跟踪,从而抑制子模块电容电压波动;最后在MATLAB/Simulink仿真系统上对所提控制策略进行仿真验证,通过对比传统环流抑制策略与所提控制策略对电容电压波动的抑制效果,证明了所提方法可有效抑制电容电压波动,改善输出电压的波形质量。     

基于NLM策略的模块化多电平换流器研究

介绍了模块化多电平换流器的拓扑结构和工作机制,建立MMC数学模型,将电容均压控制算法运用到不同调制策略中以实现电容电压的稳定.在Matlab-Simulink及RT-LAB半实物仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,验证最近电平逼近调制的优势.结果表明最近电平逼近调制策略下换流器运行正常,输出波形质量高、谐波含量少、子模块电容电压波动小,在电平数较高的应用场合中具有较大的优势;并证明了Matlab-Simulink和RT-LAB仿真结果的一致性以及RT-LAB仿真效率的高效性.     

模块化多电平换流器单极接地故障电流计算

基于模块化多电平换流器的直流系统的单极接地故障是一种常见的故障类型,接地故障电流暂态特性的分析对于故障检测、保护设置、系统参数的进一步优化都具有非常重要的工程实际意义.首先,在基于MMC拓扑结构的中压直流系统一定的调制策略基础上,通过分析故障电流的流通路径,对直流侧发生单极接地故障的故障特性进行了分析;然后,利用复频域分析法得到单极接地故障时的等效电路,通过计及故障时刻各相桥臂子模块投入数量,对各相桥臂在单极接地故障时刻的电容进行了等效,再根据叠加定理进行了换流器闭锁前的接地故障电流的理论推导;最后,得到单极接地故障电流值随故障时刻和交流侧接地电阻变化的规律,并通过PSCAD/EM TDC进行仿真计算,通过对比分析验证了接地故障电流理论计算的正确性.     

滑模多电平变换器驱动异步电动机系统的研究与设计

论述了滑模变结构多电平变换器系统的基本控制原理,深入分析了滑模变结构控制方法的原理和实现方法,设计了滑模多电平变换器驱动异步电动机系统.在MATLAB/simulink平台上对其进行仿真,仿真结果表明滑模变结构多电平变换器有优良的输出特性,这将为多电平变换器在高性能的交流调速闭环控制系统中的具体实用打下基础.     

模块化多电平逆变器的改进型PS-SPWM研究

模块化多电平换流器(MMC)具有级联型多电平换流器"模块化"的优点,输出电压中的谐波含量少,在高压直流输电中具有巨大的应用潜力。介绍MMC的数学模型和工作原理,分析传统载波移相调制策略,针对其存在的缺点提出一种改进型载波移相PS-SPWM调制算法,即载波三角波移相-开关频率优化PWM法(PS-SFO-PWM),并与载波移相SPWM调制算法进行比较;针对MMC中特有的三相之间的环流问题,通过对其进行PI调节,使环流抑制在一定的范围内,利于功率的有效传输。最后,在Matlab/Simulink7.0环境下搭建了基于载波三角波移相-开关频率优化PWM法的5电平逆变器的仿真模型,仿真结果验证了所提方法具有直流电压利用率高、开关频率小等优点。     

逐级独立优化的MMC模型预测控制

模型预测控制(MPC)方法应用于模块化多电平换流器(MMC)系统时存在计算负担大、配置加权因子困难等难题。在分析MMC离散数学模型的基础上,利用系统输出电平作为控制项,提出了简化有限控制集的无加权因子的逐级独立优化模型预测控制策略。通过设计独立目标函数来逐级实现交流输出跟踪以及环流抑制的控制目标,并在环流抑制环节中引入误差补偿模块以抵偿桥臂误差电压。此外,提出的基于BFPRT算法的子模块电容电压均衡策略能够在保证电容电压控制精度的同时,避免在每个控制周期对桥臂子模块电压进行完全排序,从而提高了系统运行速度。最后MATLAB/Simulink仿真结果和MMC样机实验结果均验证了所提方法的可行性、有效性以及出色的计算效率。     

基于VSG微网储能变流器无缝切换控制策略研究

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了 一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略.在采用P/Q控制和VSG控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器.通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以...     

基于多层复用的工控软件设计

本文根据领域的不同层次，通过领域分析，提出了基于多层复用的工控软件设计方法。首先,我们研究了工业控制系统的领域特点，从工控软件要解决的功能和算法入手，建立工控软件的标准构件库；再结合特定应用领域。提炼抽象出面向某领域的应用功能构件库；然后在此基础上抽象出某一应用领域的构架库，并以轧钢领域为例作简要说明。最后给出了基于多层复用的工控软件设计过程。     

RP过程控制系统模块化设计方法

针对RP（rapid prototyping）过程的复杂性,提出一种RP过程控制系统的模块化设计方法。本方法将软件和硬件有机结合,激光加工运动控制模块独立设计,可嵌入不同的RP设备中,有效降低开发成本。系统引入了加工代码查错及图形预览算法,可减少成型失败次数,提高成型效率。大量的实例应用验证了本系统的可行性及稳定性。     

基于多层复用的工控软件设计

本文根据领域的不同层次,通过领域分析,提出了基于多层复用的工控软件设计方法。首先,我们研究了工业控制系统的领域特点,从工控软件要解决的功能和算法入手,建立工控软件的标准构件库;再结合特定应用领域,提炼抽象出面向某领域的应用功能构件库;然后在此基础上抽象出某一应用领域的构架库,并以轧钢领域为例作简要说明。最后给出了基于多层复用的工控软件设计过程。