桥臂复用型模块化多电平换流器的拓扑及控制研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的轻型化需求,提出一种具备子模块高利用率的桥臂复用型模块化多电平换流器(arm multiplexing MMC,AM-MMC)。通过将相单元划分为上桥臂、复用桥臂和下桥臂,并利用桥臂切换开关对桥臂进行复用,AM-MMC可有效提高子模块利用率、降低子模块装配数量。为了避免桥臂切换开关的动态均压问题,设计确保AM-MMC在上、下桥臂复用模式之间平稳切换的模式切换策略。此外,根据AM-MMC拓扑特点,设计最近电平逼近调制和分段脉宽调制策略,以满足其在高压直流输电和中低压直流配用电领域的调制需求。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,AM-MMC能够顺利完成交直电压变换与能量传输,且运行效果良好。与常规MMC相比,所提AM-MMC的子模块利用率提升至66.7%,子模块装配数量降低25%,有效实现了轻型化目标。     

具备直流故障清除和自均压能力的MMC移位全桥子模块拓扑

模块化多电平换流器（MMC）可通过改进子模块拓扑实现对直流故障电流的清除,但大多数子模块不具备电容电压自均衡能力。在全桥子模块的基础上,推导了一种兼具故障电流自清除能力和模块电容电压自均衡能力的新型子模块：移位全桥子模块（OCFBSM）。该子模块由2个全桥子模块通过移位组合构成,正常工作时根据2个电容的连接关系运行在旁路、串联和并联3种状态,可不依赖于外加均压控制自动实现模块内电容电压均衡。发生直流短路故障时,OCFBSM通过将2个电容反向接入故障回路可自动清除直流故障电流。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了OCFBSM在直流故障电流清除和自均压方面的有效性,且故障闭锁后各子模块电容电压均衡,有利于MMC重启。     

可改善中压MMC谐波特性的无差拍控制策略

为解决模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter,MMC）输出电流畸变问题,提出一种中压直流配电网MMC的无差拍电流控制策略。该策略在每个控制周期内根据交流侧实际电流和参考电流的差值计算通断子模块的数量,使MMC能够在子模块开关次数较低的情况下增加电平切换频率。同时,所提策略无需比例积分调节（proportionalintegralcontrol,PI）,且减少了坐标变换次数,具有较快的计算速度。     

基于可控自恢复消能装置的直流送端暂态过电压抑制方法

常规特高压直流输电系统受端换相失败或直流闭锁时输送功率受限,将导致送端换流站的无功消纳盈余进而诱发送端系统过电压。提出基于可控自恢复消能装置的过电压抑制方法,能够防止常规特高压直流输电系统送端电压上升过大。首先,分析了送端过电压产生机理;其次,介绍了可控自恢复消能装置的过电压抑制原理,并给出了装置参数整定方法;最后,结合PSCAD/EMTDC和试验平台验证了可控自恢复消能装置实现常规特高压直流输电系统暂态过电压抑制的有效性。     

可改善中压MMC谐波特性的无差拍控制策略

为解决模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）输出电流畸变问题,提出一种中压直流配电网MMC的无差拍电流控制策略。该策略在每个控制周期内根据交流侧实际电流和参考电流的差值计算通断子模块的数量,使MMC能够在子模块开关次数较低的情况下增加电平切换频率。同时,所提策略无需比例积分调节（proportional integral control,PI）,且减少了坐标变换次数,具有较快的计算速度。