一种适用于模块化多电平换流器的多阶段模型预测控制方法

模块化多电平换流器(MMC)具有可扩展性强、输出电能质量高等优点,在电能传输领域受到了广泛的关注。针对传统模型预测控制权重因子设计复杂、桥臂环流谐波分量大等问题,文中提出了一种多阶段模型预测控制(MSMPC)方法。所提出MSMPC方法包括三个阶段:1)第一阶段获得输出电流跟踪的参考控制选项,实现交流电流控制;2)第二阶段通过引入两个环流因子来计算前阶段控制中上、下桥臂的子模块(SMs)的最优数量;3)第三阶段提出一种子模块预测电压分组排序方法,可有效减少电压排序次数和降低开关频率。与传统的MPC方法相比,所提出的MSMPC方法避免了权重因子设计,提高了环流抑制的性能,同时降低了控制器的计算量。通过仿真和实验结果验证了所提MSMPC方法的有效性。

宽范围软开关PWM全桥模块化多电平DC-DC变换器的比较分析

本文分析了2种宽范围软开关全桥(full bridge,FB)模块化多电平DC-DC变换器(modular multi-level DC-DC converters,MMDCs),并对2种MMDCs进行了比较评价。所讨论的拓扑结构具有传统FB MMDC的所有优点,初级开关上的电压应力更小,不增加初级钳位装置和模块化主结构。此外,各变换器的初级开关可以在大负载范围内获得零电压开关(zero voltage switch,ZVS)或零电流开关(zero current switch,ZCS)。根据软开关特性、电流应力、功率损耗分布等性能、元件和拓扑结构指标,对所提出的FB MMDCs进行了分析和评价。实验结果也验证了新拓扑的可行性和优越性。

模块化多电平直流输电系统信号稳定及噪声优化研究

本文主要围绕多电平直流输电系统信号传输的稳定性问题及噪声信道进行研究。重点研究了变流器控制参数对大故障限流直流电抗器直流输电系统小信号稳定性的影响。由于功率半导体开关速度的提高和子模块设计的紧凑,子模块电压传感器噪声部分是通过对基于MMC的直流输电系统模型(包括控制回路、直流电抗器和频率相关的直流电缆)的小信号稳定性分析,验证了在大型直流电抗器存在下系统的不稳定行为。在MMC开关模型中,除了推导SVSN与占空比关系的基础上,还研究了闭环功率控制器的带宽和直流电压下垂参数对系统稳定裕度的影响。研究结果表明,当基于mmc的高压直流系统配置大型直流电抗器时,应特别注意各控制模式下控制器的设计和参数。

基于超级电容器的核聚变磁体电源系统环形场线圈电源设计

[目的]研究旨在为核聚变磁体电源系统中的环形场线圈开发一种高效可靠的脉冲电源系统。针对核聚变装置在高功率需求下的挑战,提出了一种基于超级电容器的电源解决方案,旨在增强能量存储的效率和系统的稳定性。[方法]通过采用模块化多级转换器技术,开发了一种新型的脉冲电源结构。利用超级电容器的高功率密度和快速充放电能力,作为主要的能量存储单元,以满足环形场线圈的高频脉冲运行需求。此外,探讨了超级电容器与模块化多级转换器技术结合的优势,如系统的灵活性和可扩展性。[结果]研究结果显示,所开发的电源系统能够有效支持核聚变反应堆的脉冲操作需求,确保了能量的高效输送和转换。[结论]基于超级电容器的脉冲电源系统为核聚变装置提供了一种有效的能量解决方案。该系统不仅提高了能量转换的效率,也增强了整个设备的运行稳定性和可靠性。未来的研究将进一步优化电源结构和性能,以适应更广泛的应用场景。

非理想条件下MMC-DVR的Lyapunov控制策略研究

动态电压调节器(DVR)与模块化多电平转换器(MMC)组合的MMC-DVR可用于解决中高电压的动态电压补偿问题。目前MMC-DVR基本采用PID等线性控制方法,而MMC-DVR为非线性系统,因而其控制效果并不能令人满意。为此,提出了针对非理想条件下MMC-DVR系统的非线性李雅普诺夫(Lyapunov)控制方法来解决此问题。首先,建立MMV-DVR的数学建模。接着,设计了非理想条件下正、负序MMC-DVR的Lyapunov控制系统。最后,通过实验验证了所提的Lyapunov控制方法用于MMC-DVR的正确性和有效性。与传统PID控制相比,Lyapunov控制方法的电压在理想、非理想的多种不同工况下都能得到很好的补偿,且系统的动态响应更快、鲁棒性更强。

基于无源控制策略的MMC-DVR控制系统

为了提高高压电网电压质量补偿效果,提出基于模块化多电平换流器(MMC)的动态电压调节器(DVR)系统的无源非线性控制方法。首先,介绍MMC-DVR的框图以及工作原理,根据基尔霍夫电压电流定律,分别构建abc静止与两相dq旋转坐标系下的数学模型;接着提出无源控制方法来解决问题;最终,在Matlab/Simulink软件实验平台上构建MMC-DVR系统,构建仿真验证无源非线性控制的可行性和优越性。与传统PID相比,无源策略能使系统迅速稳定,提高抗扰能力,采取阻尼注入,能快速、有效地对电压降落/升高和谐波进行补偿,并且无源非线性控制器控制规律简单,所需控制器数量少,可避免PI控制参数选择困难及繁复的缺点。