单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

功率耦合与阻感比结合的MMC-RPC新型下垂控制策略

并联在牵引供电臂上的铁路功率调节器RPC(railway power conditioner)与供电臂间的连接线路上会产生电能损耗,使得RPC无法对牵引网中的电能达到有效、精准的治理效果。以采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器MMC-RPC(modular multilevel converter-rail power conditioner)为研究对象,对其进行建模,推导出其交流侧P-f与Q-U之间的关系,建立传统的下垂控制方式。在此基础上考虑传输线路的阻感影响,提出一种改进型的下垂控制策略,它采用功率耦合的方式,并引入阻感比参数,它能更加灵活有效地跟踪MMC-RPC的期望出功率。最后在MATLAB\Simulink中模拟实际工况对MMC-RPC系统进行仿真,仿真结果验证了所提下垂控制策略对于MMC-RPC系统的有效性;与传统下垂控制的仿真结果相对比,进一步说明了这种改进方式的优越性。     

基于最优潮流理论的MMC-MTDC直接功率控制策略

为了降低多端直流输电系统中电网三相不平衡故障对系统直流电压、功率调节的准确性和快速性的不良影响,基于最优潮流控制理论提出一种直接功率控制策略。首先分析系统损耗对网络潮流的影响,提出无需知道网络参数的最优潮流优化方法,得出期望功率参考指令;然后在对模块化多电平换流器瞬时功率特性分析的基础上,以消除电网不平衡时直流电压波动为目标设计直接功率控制器,针对故障电压降落和交流侧负序电流对功率参考指令进行修正,并采用前馈解耦控制直接建立功率与电压的关系。最后在PSCAD仿真平台上搭建四端直流输电系统,结果表明该控制策略在稳态和暂态故障情况下都可实现系统潮流最优分配和直流电压稳定的目的。     

基于SOGI-FLL的MMC-RPC控制器设计

针对牵引供电系统中频率自适应性能差、谐波污染严重等电能质量问题,在传统二阶广义积分器(SOGI)的基础上,结合锁频环(FLL)提出了一种新型的SOGI-FLL结构。在采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器(MMC-RPC)中使用该结构,能够提高系统频率的跟踪能力,加快响应速度,且能有效治理谐波,提高电能质量。在Matlab中搭建基于新型SOGI-FLL的MMC-RPC仿真系统模型,仿真结果和理论分析证实了该新型SOGI-FLL运用到MMC-RPC系统中的可行性及有效性。     

考虑线路电压降的MMC-MTDC下垂补偿控制

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter based multi-terminal DC transmission systems,M M C-M TDC)中传统偏差控制和下垂控制无法实现功率与电压的无静差调节,为使系统达到最优运行状态,提出下垂补偿控制策略。首先对传统控制方式进行分析,充分考虑线路电阻产生的电压降落对传统控制方式的影响;然后针对系统功率偏差产生的电压偏移对下垂曲线电压参考指令进行补偿修正;最后,在PSCAD/EMTDC上搭建五端仿真模型,稳态与暂态2种工况下对比3种控制方式,结果表明系统功率改变后可以消除功率与电压的静态偏差,并且电压不会产生超调,保证系统始终运行在最优状态。     

高压直流输电系统用SHE多脉冲逆变器

高压直流输电损耗小、纹波小、灵活性好、可靠性高,可实现不同频率网互联等,已被广泛应用于长距离架空和电缆输电。通过对SHE-PWM原理的分析,推导出了SHE-PWM数学模型。在高压直流输电用逆变器拓扑结构的基础上应用SHE-PWM技术进行Matlea和功率系统实验仿真,结果表明该逆变器系统具有优良的性能,可有效的降低受电端电网的谐波畸变率,畸变率完全符合国际谐波限制标准。     

改进型无变压器光伏并网逆变器的仿真研究

研究了一种改进型单相无变压器光伏并网逆变系统.在分析传统全桥拓扑结构的基础上,提出了一种改进型拓扑结构,对其共模电流进行了详细的分析和研究,并做了仿真实验研究.通过对改进型拓扑结构并网逆变器系统的仿真实验,实现了并网的基本要求,验证了改进型拓扑的正确性和可行性.     

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。     

基于最优梯度法MPPT的三相光伏并网逆变器

光伏并网发电系统是光伏系统发展的趋势.本文介绍了三相光伏系统的系统控制原理和数学模型推导,着重阐述了用最优梯度法实现了最大功率点跟踪（MPPT）的基本原理.根据光伏阵列的特性,设计了一套新型的能实现MPPT的三相光伏并网逆变器.该逆变器采用桥式结构,控制部分采用基于最优梯度法的MPPT策略,实现了与网压同步的正弦电流输出,并且基本上实现了单位功率因数运行.     

MMC-HVDC电容协同预充电控制策略

为预测基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)电容预充电的准确时间并实现子模块电容的额定充电,考虑冗余子模块在内,提出了一种启动预充电和停机过程都适用的协同调制策略。首先,建立了模块化多电平启动预充电不可控阶段的动态数学模型,并据此修正了不可控阶段直流电压的表达式以及启动限流电阻选取的表达式。其次,分析了换流器解锁瞬间存在冲击电流的原因,调整了限流电阻的切除时间,从而较好地抑制了解锁时刻的冲击电流。再次,针对换流器子模块级联的特点,提出了一种模块协同直流电压的调制策略,该策略解决了换流站直流电压和子模块电容电压的匹配问题。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了MMC-HVDC预充电仿真模型,对所提调制算法进行了仿真验证,结果表明,随着直流电压从Up开始升至Udc0期间逐渐将每相投入子模块数目从T(每桥臂子模块数目)下降至N(额定投入运行数),可以将子模块电容电压充电至额定值。