模块化多电平换流器交流侧预充电控制策略分析

模块化多电平换流器(MMC)启动过程前必须对子模块中的电容器充电。为保证电容器的可靠充电,在分析MMC拓扑及运行机理的基础上,针对交流侧接有源系统的MMC,提出了包含不控充电过程和可控充电过程的两阶段充电方案。仅利用交流侧有源系统就可使子模块的电容电压满足稳态运行的要求。利用MATLAB/Simulink下搭建的仿真系统验证了所提方案的正确性。     

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。     

模块化多电平换流阀模块级等效运行试验研究

模块化多电平换流器(MMC)通过标准功率模块(SM)的串联实现高压大容量化,且避免了器件的直接串联,降低了制造难度,具有开关频率低、效率高、输出特性好、可扩展性强等优点,己成为当前柔性直流输电系统中换流阀的首选方案.MMC因其大功率、高电压、强电流的特点,导致在试验环境中很难构建与实际工程相同的全载电路进行试验.因此,设计适当、有效的试验方法和装置来获得能代表实际运行条件的关键应力显得尤为重要.这里首先分析了MMC系统功率模块试验电路的工作原理,然后提出了一种主动充电策略及功率对推控制策略,最后在此基础上对某工程上的功率模块进行了充电试验和功率对推试验.该试验电路简单易行,能模拟MMC功率模块实际运行中的电压、电流和温度应力,特别适合模块样机研制阶段对单模块进行测试.     

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。     

MMC主动预充电策略研究

模块化多电平换流器(MMC)子模块依靠不控充电无法达到正常运行时的额定电压,在换流器解锁瞬间可能产生很大的冲击电流损坏功率器件,因此在解锁前需要将子模块电容电压充到额定值附近。此处分析了MMC启动时充电原理,提出了一种在子模块不控充电后利用交流侧电源进行主动预充电的方法。仿真结果表明,该方法显著减小了换流器启动冲击电流。     

混合式MMC直流侧短路工况下充电策略研究

特高压柔性直流系统(VSC-UHVDC)通常由混合式MMC(hybrid-MMC)以高低阀组串联的形式构成,单个MMC在线投入过程可能涉及直流侧短路的启动充电工况,其充电回路的特殊性要求针对该混合式MMC直流侧短路工况提出新的充电策略.文章分析了混合式MMC在直流侧短路工况下闭锁充电时仅全桥子模块(FBSM)被充电,半...     

一种基于载波移相调制的模块化多电平换流器冗余策略

现有载波移相调制(CPS-SPWM)的模块化多电平换流器(MMC)冗余策略在切除故障子模块的过程中冗余子模块电容电压恢复缓慢,针对此问题,本文提出了一种MMC子模块电容电压热冗余策略。该策略在非故障运行状态下,按照一定的时间间隔从所有子模块中按规律选择正常运行个数的子模块,其余子模块则处于冗余状态,以使得所有子模块电容电压都维持在参考值附近。当子模块发生故障时,切除故障子模块,剩余子模块仍按非故障运行状态运行,无需单独为冗余子模块充电。同时针对含有冗余模块的MMC系统,提出了分组预充电策略,在控制系统复杂度较小的条件下,通过调节每组充电的子模块个数,使得所有的子模块电容电压都能够充至额定值。在PSCAD/EMTDC中建立了双端MMC模型验证了所提出策略的有效性与实用性。     

电平数对模块化多电平换流器运行特性的影响

针对电平数对MMC(模块化多电平换流器)运行特性的影响问题,分别研究了MMC启动和稳态运行阶段,不同电平数对MMC与交流系统交换功率、MMC直流电压、MMC相间环流、子模块电容电压和MMC输出波形特性的影响。通过分析电平数对子模块电容电压充电过程的影响,得到了电平数对其他各项运行特性的影响。通过对不同电平数MMC仿真分析,验证了电平数对MMC各项运行特性影响的分析。同时验证了控制器输入变量标幺化后,在相同控制目标和一次系统参数的情况下,控制器参数对于不同电平数MMC具备通用性。     

柔性高压直流输电中模块化多电平变流器交流侧充电控制策略分析

模块化多电平变流器(MMC)在柔性高压直流输电换流站中的充电方式可以分为交流侧充电、直流侧充电和交直流混合充电。本文分析了MMC交流侧充电的2个阶段,即不控整流充电及可控充电方式,并通过仿真验证了分析过程及计算结果的正确性。为了改善不控整流充电过程中电压波动和充电涌流过大的问题,提出交流侧双闭环结构的可控充电控制策略,仿真结果验证了该控制策略在控制直流母线电压及限制充电电流过流方面的可行性和有效性。     

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。