内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。     

适用于多工况的高精度MMC改进平均值等效模型

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)在直流输电系统的应用日益广泛,而其快速等效模型则是进行直流输电系统相关研究的基础.为了弥补传统平均值等效模型在可仿真工况及仿真精度方面的不足,本文提出了一种适用于多工况的高精度改进平均值等效模型.首先,通过增加控制器件并配置相应的控制方...     

向无源网络供电的MMC-HVDC系统控制与保护策略EI北大核心CSCD

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)系统是柔性直流输电技术的一个重要应用领域,因此有必要对其控制与保护策略进行研究。基于MMC电磁暂态数学模型,建立了d-q同步旋转坐标系下MMC欧拉?拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,推导了适于MMC控制的无源控制规律,设计了内环电流无源控制器及向无源网络供电的MMC-HVDC系统定交流电压控制器。针对电网电压不平衡或交流系统不对称故障引起的负序电流,提出了基于EL模型的正负序电流无源控制器。为保证故障时系统能满足安全运行的条件,提出了故障时的控制保护策略。最后在PSCAD/EMTDC中对MMC-HVDC系统各种运行工况进行了仿真验证,并对正负序无源控制器和矢量控制器的控制性能做了仿真对比,仿真结果表明,所提出的控制器和控制保护策略具有良好的动稳态控制性能,便于工程实际应用。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法.根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流...     

向无源网络供电的MMC-HVDC系统控制与保护策略

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)系统是柔性直流输电技术的一个重要应用领域,因此有必要对其控制与保护策略进行研究。基于MMC电磁暂态数学模型,建立了d-q同步旋转坐标系下MMC欧拉?拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,推导了适于MMC控制的无源控制规律,设计了内环电流无源控制器及向无源网络供电的MMC-HVDC系统定交流电压控制器。针对电网电压不平衡或交流系统不对称故障引起的负序电流,提出了基于EL模型的正负序电流无源控制器。为保证故障时系统能满足安全运行的条件,提出了故障时的控制保护策略。最后在PSCAD/EMTDC中对MMC-HVDC系统各种运行工况进行了仿真验证,并对正负序无源控制器和矢量控制器的控制性能做了仿真对比,仿真结果表明,所提出的控制器和控制保护策略具有良好的动稳态控制性能,便于工程实际应用。     

基于OPF的MMC-MTDC自适应下垂控制策略

传统下垂控制无法解决模块化多电平换流器多端直流MMC-MTDC(modular multilevel converter multiterminal DC)输电系统中换流站功率裕度和系统功率协调分配的问题,为此提出一种最优潮流下自适应下垂控制策略。首先根据电压变化方向与实时裕度设计MMC自适应下垂控制器;然后分析传统下垂控制无法解决MTDC中直流线路阻抗产生电压偏差的缺陷,针对影响直流网络潮流的因素,构建约束条件以及目标函数求解潮流优化分配下垂系数;最后通过直流电压差值实时计算权衡系数来分配两种下垂曲线所占比例。在PSCAD/EMTDC中建立5端MTDC模型,分别在稳态与暂态工况下对比两种控制方式,结果表明该控制策略可以避免换流站满载、减少线路损耗实现系统功率优化分配。     

混联直流输电系统送端三相短路故障分析及优化控制

混联高压直流输电系统能够综合电网换相型换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的技术优势,为解决我国能源资源与能源需求逆向分布问题提供新途径,具有广阔的工程应用前景。针对送端LCC、受端LCC+MMC的白鹤滩—江苏混联高压直流输电工程,首先研究工程中MMC循环功率的产生机理,分析送端交流系统三相短路的故障响应及恢复特性,总结影响混联高压直流系统功率恢复速度的关键因素。针对MMC对混联直流输电系统的故障响应和恢复特性产生的不利影响,提出一种混联直流输电系统优化控制方法。最后基于PSModel(power system model)全电磁暂态仿真软件,验证了上述理论分析和控制方法的正确性和有效性。     

适用于模块化多电平换流器的环流抑制策略

针对模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)内部环流问题,结合变流器拓扑结构特点,提出一种基于交叉耦合控制的新型环流抑制策略,该方法通过检测桥臂电流,经二倍频负序旋转坐标变换分离MMC内部环流,进而采用交叉耦合控制方式实现MMC内部环流的快速抑制,以减小子模块电容电压波动;通过建立环流控制器(circulating current suppression controller,CCSC)的传递函数,详细分析并设计了MMC内部环流交叉耦合控制器,同时分析了所设计控制器系统的稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC搭建了系统仿真模型,验证了所提环流控制策略的有效性,使变流器的系统稳定性与整体运行性能得到显著提高。     

基于MMC的高压直流三极输电技术

在借鉴传统高压直流三极输电和模块化多电平换流器型直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的基础上,提出基于MMC的高压直流三极输电技术。该技术采用五电平子模块来满足极3直流电压极性和直流电流方向周期性变化的要求。首先分析了五电平子模块的工作模式和闭锁后故障等值电路,而后分析了基于MMC的高压直流三极输电的电流调制策略,设计了MMC相应的控制策略。最后基于PSCAD/EMTDC搭建了基于MMC的高压直流三极输电系统,仿真算例结果验证了该系统的可行性。     

大规模多节点柔性直流控制保护仿真测试方法研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术已经展现出广阔的应用前景,精确高效的MMC仿真技术是进行MMC-HVDC研究的基础。文中对当前MMC物理仿真、实时数字仿真以及物理–数字混合仿真3种仿真技术涉及到的相关技术和方法分别进行阐述讨论。对柔性直流控制保护系统测试控制硬件在环和功率硬件在环2种方式进行论述,分析了各自的技术优势及不足。最后,通过归纳现有技术,对未来大规模多节点柔直控制保护仿真测试技术的发展给出几点建议。     

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析

针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。     

基于PR调节器的MMC-HVDC内部环流抑制策略研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为高压直流输电的新型拓扑,其内部环流直接影响其正常工作特性。为抑制MMC内部的三相环流,结合以往对环流的分析与结论,针对环流的交流分量,设计基于比例谐振(proportional resonant,PR)调节器的环流抑制器,并提出基于二阶广义积分器(second-order generalized integrator,SOGI)和直流积分器相互配合的交流环流提取方法。该抑制器无需负序坐标变换和相间解耦环节,适用于任意相数的MMC控制。搭建包含该抑制器的MMC-HVDC仿真模型,仿真结果表明,该方法能有效地抑制MMC内部环流,并确保MMC正常工作。     

MMC-HVDC换流站电流波动抑制策略研究与仿真分析EI北大核心CSCD

在交流系统不对称的情况下,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)阀侧交流电流会出现基频负序分量,可能导致过流使系统闭锁或停运,同时MMC内部电流会出现2倍频零序分量,导致直流系统电流的2倍频波动。为了抑制交流三相不对称引发的MMC交、直流侧的电流波动,通过分析交流不对称条件下的MMC数学模型,提出一种基于通用控制器(universal controller,UC)的换流站电流波动抑制策略。通过对所提出的通用控制器与二阶谐振控制器(second-order resonant controller,SORC)控制效果的对比分析,理论证明采用UC作为电流控制器的MMC闭环系统具有控制精度高、稳定性好且结构简单的优势。利用RT-LAB仿真平台,建立双端31电平MMC—HVDC输电系统模型,对所提控制策略进行有效性验证。仿真结果表明,在交流系统不对称条件下,该文所提控制策略能够有效抑制MMC交、直流侧的电流波动,保证阀侧交流电流的对称性与直流系统的稳定性,提高MMC系统的运行能力。     

全桥型MMC充电特性分析及软启动优化策略

全桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),具有可输出负电平、提高直流电压利用率、具有直流故障闭锁能力等优点,可适用于基于架空线路的高压大容量柔性直流输电系统。基于全桥型MMC运行机理,深入分析了全桥MMC在有源充电、无源充电两种启动方式下充电特性,并给出可供选择的软启动策略。通过理论和仿真对比分析换流器在2种充电方式下各不同策略的软启动性能,给出了最合适的软启动策略,为适用于架空线路的高压大容量柔性直流输电换流器的工程设计及应用奠定了理论基础。     

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义。论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理。在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图。在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性。     

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...     

LCC-MMC混合级联型直流输电系统启动控制策略研究

为实现逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter, LCC)和多个并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)阀组串联的混合级联直流输电系统的安全、可靠启动,提出了一种按照不可控充电和系统控制解锁两阶段划分的启动控制策略。首先建立该类混合结构下直流系统的数学模型。在对低压端MMC不可控充电阶段暂态特性分析的基础上,推导了MMC最大启动冲击电流和预充电时间的等效计算公式,并根据最大冲击电流和预充电时间为MMC启动过程中限流电阻的选取提供依据。其次,在系统级控制器解锁至系统稳态运行阶段,针对MMC并联组在控制器解锁时产生的不平衡启动电流问题进行了分析,提出一种基于不同换流器间控制时序配合与自适应MMC功率参考值的启动优化策略。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提启动方案可以有效实现混合级联型直流输电系统的平稳启动。     

高压直流输电系统中模块化多电平换流器的重复预测控制

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统中最具潜力的拓扑结构之一。针对MMC中存在的直流侧电容电压平衡及桥臂间的环流问题,提出了一种基于重复控制原理的模型预测控制策略,通过求解一个最优化问题,得到每个MMC单元中最佳的开关状态,来抑制循环电流,并实现MMC单元的电容电压平衡。最后,在Matlab/Simulink中对五电平背靠背MMC-HVDC的重复预测控制进行性能评估。仿真结果表明,基于重复预测控制策略的MMC-HVDC系统运行更理想,实现过程容易且简单。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。     

基于Simplex算法的LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的参数优化方法

整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)串联的混合型直流输电系统,具有直流故障穿越、换相失败抑制及潮流灵活反转等技术优势,是一种适于未来远距离大容量架空线输电场合的混合直流输电拓扑结构。控制器参数的合理优化选取是保证系统优良运行性能的前提条件。首先建立了LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的数学模型,在此基础上提出了一种基于Simplex算法的参数优化方法,构造了基于控制信号偏差的目标函数对该混合系统整流侧和逆变侧控制器的参数进行优化。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了LCC-LCC+FBM M C串联型混合直流输电系统仿真模型,针对有功功率阶跃、潮流反转、交流侧三相接地短路故障和直流侧接地故障4种不同工况,仿真验证了所提优化方法的有效性。结果表明基于所提优化方法得到的控制器参数,可以有效改善LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统在不同工况下稳态和暂态运行特性。