双向交直流变换器桥臂故障多矢量恒频模型预测容错控制

双向交直流变换器运行过程中的浪涌、尖峰等瞬态冲击会导致桥臂器件故障,进而威胁双向交直流变换器工作的可靠性。常规模型预测容错控制每个开关周期选取单个矢量作用于双向交直流容错变换器,所以开关频率不固定,难以准确跟踪目标矢量,电流谐波含量和功率脉动较大。为抑制常规模型预测容错控制下双向交直流变换器桥臂故障后的电流谐波和功率脉动,提出一种多矢量恒频模型预测容错控制方法。首先,重构桥臂故障后的双向交直流变换器系统结构,阐明故障容错运行机理及电压矢量变化。其次,建立容错运行模式的预测模型,在每个开关周期采用多个电压矢量的合成矢量跟踪目标矢量,并固定各矢量切换顺序,形成恒定开关频率。最后,仿真及实验结果表明,在所提控制策略下,双向交直流变换器发生桥臂故障后能够容错运行,且输出电流谐波减小,功率脉动下降,具有较好的稳态及动态性能。     

NPC型直挂储能变流器桥臂断路故障下低电压穿越的容错控制

NPC型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构降低了直流侧电压的利用率,研究分析了该容错结构进行低压穿越的最大输出电流整定方法。由于低电压穿越过程中电压跌落后的容错拓扑输出特性发生改变,对储能直挂容错结构的输出电流、电压进行模型预测矢量分析,推导出电压跌落与最大输出电流的关系式。在重构的空间电压矢量内选择能够支撑低电压穿越的矢量状态,控制储能变流器按照低电压穿越技术规范进行有功无功功率分配,支撑电网电压。仿真结果验证了所提出的控制策略保证容错拓扑结构可以在桥臂故障期间运行的有效性以及低电压穿越过程中提供无功功率支撑的可靠性。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构.针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法.首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流.其次,建立容错变换器功率预测模型,...     

基于桥臂电流控制的MMC改进电容电压均衡控制策略研究

子模块是模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)交直流之间能量交互的缓冲环节,在稳态、暂态下子模块电容电压保持均衡对于MMC不间断运行至关重要。首先,分析电网故障对无变压器MMC内部动态特性以及对交直流侧电压电流的影响。其次,为了提升MMC电容电压控制性能,提出一种基于桥臂电流控制的MMC改进的四层结构子模块电容电压均衡控制策略,包括子模块全局电容电压平均值控制、相间电容电压平衡控制、上下桥臂电容电压平衡控制和桥臂内子模块电容电压平衡控制,由此得到内环桥臂电流控制的电流指令值。最后,通过仿真研究和样机实验验证所提控制策略的可行性和有效性。结果表明：所提的控制策略在交流电网不对称故障和直流极对极短路故障下均能保持MMC子模块电容电压的均衡,并有效地消除交流侧谐波电流和桥臂内部的正序、负序及零序交流环流。     

双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。     

高可靠性并网微电网及其控制策略

为了提升微电网的可靠性,提出一种应用于并网微电网具有二次容错能力的可重构逆变器。当逆变器某一桥臂开关器件发生一次故障时,用直流侧电容桥臂代替故障相,逆变器重构成三相四开关拓扑结构,实现一次容错重构;当逆变器非故障相开关器件发生二次故障时,逆变器再次重构成三相四开关拓扑结构,实现二次容错重构。提出了下垂控制-电压电流控制-虚拟阻抗控制-重置脉冲控制算法的复合控制策略,使逆变器实现二次容错控制。仿真结果验证了高可靠性并网微网拓扑结构的正确性与控制策略的有效性。     

基于动态相量法的三相双有源桥直流变换器闭环系统建模与稳定性分析

三相双有源桥（dual active bridge,DAB）直流变换器作为两个不同电压等级的直流电气系统的连接桥梁,能够实现能量的双向流动。对于闭环控制系统,DAB 直流变换器控制器参数的选取影响着系统运行的稳定性。针对此问题,本文基于动态相量法对使用单移相控制策略的三相 DAB直流变换器进行建模,并考虑了闭环控制器,...     

MMC子模块故障下桥臂不对称运行特性分析与故障容错控制

针对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC),研究子模块故障发生后,桥臂子模块实际运行个数不对称情况下的运行特性,揭示其造成上、下桥臂电容电压基值不对称、各次不对称环流、直流电流波动、交直流侧电压偏置、各桥臂电流直流分量不对称等故障机理。基于平衡上、下桥臂基频电压分量的思想,提出一种具有子模块故障容错能力的环流抑制控制器,其通过在传统二倍频比例谐振环流控制的基础上引入基频谐振控制器,以解决不对称桥臂引起的一系列不平衡问题。基于 PSCAD/ EMTDC搭建双端201电平MMC-HVDC系统,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

一种新型单级隔离型AC-DC变换器研究EI北大核心CSCD

文中提出一种新型单级式隔离AC-DC变换器及控制方案。所提结构在不改变图腾柱无桥功率因数校正(totem pole bridge-free power factor correction,TP-PFC)和双向全桥(dual active bridge,DAB)两级式AC-DC变换器特性的前提下,将TP-PFC高频桥臂和DAB原边侧第一个桥臂进行开关复用,减小了开关器件数目。同时,相较于TP-PFC和DAB两级式AC-DC变换器,取消了直流母线电解电容并且抑制了交流电感电流尖峰。利用其拓扑特点及所提出的控制方案,实现了拓扑开关器件的全范围软开关。首先详细分析所提拓扑结构的工作特性,包括工作模态、拓扑优点、功率特性及软开关特性;其次基于对拓扑的分析,提出控制简单的控制策略;最后,对所提拓扑结构及控制方案进行实验验证。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

考虑寄生参数的隔离型双有源桥DC-DC变换器的开关开路故障分析与容错控制策略

双有源桥(DAB)DC-DC变换器开关管的驱动电路故障导致开关开路故障(OCSF),这使得DAB系统拓扑对称性缺失、高频电压和电流发生畸变和直流偏置,进而对系统的可靠性和长期运行稳定性造成不良影响.对此,研究DAB开关管和高频变压器寄生参数对OCSF后系统运行状态的影响,以完善DAB故障分析体系.针对OCSF问题,提出一种基于对称拓扑和对偶原理的故障容错策略,通过闭锁开关使系统运行拓扑恢复对称,并在此基础上提出一种不改变控制器参数、只需改变控制器输出饱和参数的实用控制方法,并在理论上讨论了该方法的可行性.最后,通过实验验证了OCSF模态分析及所提容错控制策略的正确性.     

虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)交流电流传感器容错控制中存在不可测区域,影响VSG容错运行。为此,提出基于电流重构的故障容错模型预测控制(model predictive control, MPC)策略,消除不可测区域,实现全域内的电流重构。首先,该策略分析不同开关状态下直流电流测量值对应的相电流,设计交流电流传感器故障判据。其次,分析不可测区域成因并根据可测量相电流的数量不足和矢量持续时间过短将其分为两类。为消除因可测量相电流不足造成的不可测区域,设计可测量两相电流的虚拟矢量,通过直流电流重构三相电流。为消除因矢量持续时间过短造成的不可测区域,建立LCL型VSG输出电流预测模型,通过直流电流和单电压矢量的预测电流重构三相电流。最后,通过故障容错MPC策略从虚拟矢量和单电压矢量中选择最优矢量,实现全域内的电流重构和VSG的容错运行。实验验证了所提方法的有效性,说明该方法提高了VSG的可靠性和容错能力。     

一种适用于多电压等级直流配电网的分散式双向电压支撑控制方法

新能源发电、储能系统、直流负载接入直流配电网,可减少DC/AC转换环节,简化控制,提高系统运行效率,故近些年来直流配电网受到了广泛关注.采用电力电子装置构建多电压等级直流配电网,具有更加灵活的拓扑结构、更加多变的运行形式及更高的供电可靠性,但同时给配电网的稳定高效运行带来了诸多挑战.针对多电压等级直流配电网中子网互联的双向DC/DC变换器,基于变换器两端口电压,提出了一种分散式归一化电压平方差控制方法,结合储能变换器的功率-电压平方下垂控制,实现不同电压等级母线电压控制归一化视角下相等,为各电压等级母线提供不间断的电压支撑,并可使系统在储能切入/切出、电压等级拓展、接入中压直流配电网等多种运行模式间灵活切换.对所提控制方法的可行性与稳定性进行了分析,并基于MATLAB/Simulink对其有效性进行了仿真验证.     

交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略

交直流混合微电网中的AC/DC双向变流器,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。为了使直流微电网部分作为一个电压功率可控的单元接入交流母线,提出了一种新的AC/DC双向变流器控制策略,用于平衡交直流微电网间的功率流动并提高系统联网和孤岛运行的稳定性及可控性。在联网模式时,新方法基于dq坐标系,通过直流侧电压外环给定内环直轴电流参考值,进而控制功率流动和联网运行。孤岛模式时,新方法以交直流母线的电压差值作为外环,控制功率在交直流母线间的流动,使其互为支撑,提高系统稳定性。与传统的并网控制不同,新方法     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器

储能系统是保证新能源供电系统、微网及大电网安全、稳定、可靠运行的关键。为了应对储能电池电压低对双向交直流变换器电压增益和效率等带来的挑战,提出了一种基于高增益比三端口双向DC/DC变换器的组合式双向交直流变换器。基于交流侧电压周期性波动的特点,利用三端口双向DC/DC变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口,使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理,为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。详细分析了双向组合式交直流变换器的系统架构和工作原理,给出了前后级变换器的调制和控制策略,并分析了组合式交直流变换器的功率传输特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。