新型串联混合型模块化多电平变换器及其控制策略研究

近年来,模块化多电平变换器(modularmultilevel converter,MMC)因具有模块化的结构特点,在柔性直流输电领域受到广泛关注。随着电压等级的提升,传统MMC拓扑的子模块数成倍增加,装置成本及体积大幅提高。为实现MMC的轻型化设计目标,提出一种串联混合型MMC(series hybridMMC,SHMMC)拓扑,对其工作原理进行介绍,并推导其数学模型。同时,针对相单元内部所存在的释能过电流问题展开讨论,设计适用于SHMMC拓扑的控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验研究结果表明该拓扑正确可行,且具有较好的输出特性及内部特性。在直流侧电压相同的情况下,所提SHMMC拓扑相较于传统MMC拓扑子模块数更少,在保障良好输出特性的前提下损耗更低,且无需设置桥臂电抗器,有利于降低装置体积,有效实现了轻型化设计目标。

永磁同步电机长线变频驱动系统定频滑模预测电流控制

煤矿高效可靠生产运输的一种优选方案是采用井上变频-井下永磁同步电机长线驱动方式。长线缆会加剧电机过电压和绝缘老化,故需加装输出LC滤波器。LC滤波器增加了系统阶数,导致传统线性控制策略结构复杂且参数整定耗时。为此,该文提出一种永磁同步电机长线变频驱动系统的固定开关频率滑模预测电流控制(FSF-SPCC)策略。首先,建立基于滑模切换函数的预测模型,并设计基于滑模面跟踪的价值函数。因滑模面固有地实现了多变量控制,故可有效抑制谐振。其次,为了提升系统稳态性能并方便LC滤波器的设计,进一步提出一种三矢量FSF-SPCC控制器,实现了固定开关频率。最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性。

基于虚拟电阻有源阻尼的LC滤波型永磁同步电机系统预测电流控制

LC滤波型永磁同步电机(LC-PMSM)驱动系统因具有固有谐振峰而易引起电流环谐振失稳问题,且LC滤波器增大了系统阶数,导致常规线性控制方法结构和参数整定复杂。为解决上述问题,该文提出一种基于虚拟电阻有源阻尼的无差拍预测电流控制策略。考虑到逆变器侧电感电流可由控制器直接控制,首先,设计了一种结构简单的电感电流无差拍预测控制器,其能够实现对定子电流的间接矢量控制;其次,为了抑制系统固有谐振,进一步提出了一种基于滤波电容并联虚拟电阻的有源阻尼控制策略;最后,给出了系统的闭环稳定性分析及参数设计准则,并通过实验验证了所提控制方法的有效性。

基于载波移相调制的模块化多电平变换器变频运行控制

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)工作于低频工况时,子模块电容电压波动加剧导致输出电压畸变严重,制约了其在中高压大功率变频调速领域中的应用。针对这一问题,在分析MMC数学模型的基础上,从维持各相上、下桥臂功率动态平衡角度出发,设计一种基于注入高频共模电压及高频环流的电压波动抑制策略。为降低功率器件开关频率并减少系统损耗,将载波移相技术应用于MMC变频驱动,分别讨论输出N+1和2N+1电平相电压的实现方式。基于载波移相调制,结合低频工况子模块电容电压波动抑制方法,提出一种变频工况下MMC子模块电容电压控制策略,并设计相应控制系统架构及实现方式。该控制策略能在变频工况维持子模块电容电压平衡,保证调速过程中MMC和电动机正常平稳运行,并在低开关频率下获得良好的输出谐波特性。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真及实验样机,验证所提控制策略的正确性和有效性。

模块化多电平换流器的快速电压模型预测控制策略

针对传统模型预测控制策略用于模块化多电平换流器(MMC)时存在运算量庞大的问题,在分析MMC离散数学模型的基础上,通过优化控制目标实现方式、简化滚动优化过程,提出一种结合排序均压思想的快速电压模型预测控制策略。该控制策略针对三相MMC系统,基于电压矢量预测模型进行设计,可在保留传统模型预测控制算法优点的同时令运算量得到大幅度减小,使其应用不受MMC电平数量限制。通过在MATLAB/Simulink软件中搭建双端21电平的基于MMC的柔性高压直流输电(MMC-HVDC)系统模型进行了仿真验证,证明了所提控制策略的正确性和有效性。

新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略

并联交错型变换器(parallel interleaved multilevel converter,PIMC)是在多变换器并联结构基础上发展而来的新型大功率变换拓扑。目前,PIMC通常采用耦合式桥臂电感以便于均衡各桥臂电流,对电感设计的要求高且扩展性较差,因此考虑采用分立式桥臂电感,但现有调制策略存在难以均衡桥臂电流、算法实现较为复杂等问题。针对这些问题,推导PIMC各桥臂输出电流变化量与桥臂开关函数的动态表达式,进而从保证电流动态平衡的角度出发,提出易于实现的桥臂输出电流排序均衡方法,并结合其实现方式设计了桥臂统一脉宽调制策略。该策略能够有效控制PIMC各桥臂输出电流均衡,在占用较少控制器资源的情况下获得良好的输出谐波特性,易于向任意电平数扩展。最后,基于大功率MATLAB/Simulink仿真及小功率平台实验结果,详细分析了PIMC的内、外部特性,验证所提调制策略的正确性和有效性。

基于Matlab的IIR数字滤波器设计方法的比较

滤波是信号处理的基础，滤波运算是信号处理中的基本运算，滤波器的设计也就相应成为数字信号处理的本问题之一。这里着重IIR数字滤波器的设计研究，应用Butterworth滤波器，Chebysheve 型滤波器，Chebysheve 波器以及椭圆滤波器分别对低通、高通、带通和带阻四种滤波器形式进行比较仿真，通过不同设计方法的对比，各种器的设计特点很好地呈现出来。

基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略

模块化多电平变换器(MMC)的内部环流主要由直流分量和偶次谐波分量组成。环流谐波分量会提高对开关器件的要求,严重时甚至会影响MMC稳定工作,因此有必要对环流进行抑制。为了获取环流直流分量,设计了数字低通滤波器,依据MMC环流成分组成公式计算出环流偶次谐波分量和,在此基础上,提出基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略。此外,构建了MMC环流闭环控制模型。在详细分析准比例谐振控制器各参数对系统稳定性影响的基础上,设计二次准谐振控制器参数,为环流控制器参数设计提供了依据。最后通过实验研究,证明所提出的简化环流抑制策略能有效降低环流谐波分量,减小桥臂电流畸变,有利于MMC稳定工作。

模块化多电平变流器调制策略研究

介绍了模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑结构和工作原理,针对MMC的拓扑特点,根据MMC各相投入的子模块总数是否恒为N的原则,基于载波层叠技术,研究了其输出相电压为N+1电平和2N+1电平的调制策略,并提出了实现方案,最后通过Matlab/Simulink仿真环境和搭建的MMC样机验证了该调制策略的可行性。

基于模块统一脉宽调制的模块化多电平变换器优化模型预测控制

针对模块化多电平变换器传统模型预测算法(model predictive control,MPC)计算量大、权重因子调节复杂的问题,提出了一种优化的模型预测控制策略。通过控制各相上、下桥臂导通子模块的个数,控制交流侧电流快速跟随给定值,并抑制模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)内部环流。同时,基于子模块电容电压排序算法,稳定各子模块电容电压。相较于传统的MMC模型预测控制方法,该方法无需求解价值函数,很大程度上降低了控制器的运算量,同时有效控制了相电流、环流与子模块电容电压,适用于控制性能要求较高的场合。借助模块化多电平逆变器仿真模型与实验样机验证所提算法的有效性。结果表明,优化后的模型预测算法能有效抑制环流,维持子模块电容电压稳定,相电流快速跟随给定值,同时很大程度上减少了控制系统的计算量。

有源箝位三电平变换器器件开路故障研究

近年来,多电平变换器在高压大功率领域得到广泛应用,然而其中较多的开关器件增大了系统故障概率,降低了系统可靠性。因此在变换器运行过程中,及时诊断开路或短路故障并采取相应的容错控制对于多电平变换器非常重要。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器提出一种有效的器件开路故障诊断方法。该方法只需检测输出的相电压、相电流和开关状态,进而根据三者之间的关系诊断出故障,并发出故障信号;对故障信号进行多次检测后,执行容错控制算法。该方法具有反应时间短、诊断精确度高、容错效果好、实施成本低等优势。最后,通过仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。

无损检测技术应用研究

介绍了无损检测技术发展，数字无线通信技术在无损检测技术中的应用，基于数字无线无损检测技术的矿山机械设备故障检测与维修。

一种改进的模块化多电平变换器调制策略研究

在介绍了模块化多电平变换器(MMC)基本运行原理的基础上,分析了传统的统一脉宽调制(SUP-WM),针对该调制策略输出电压电平数只能达到n+1(n是MMC各桥臂子模块个数),采用一种改进型SUPWM调制策略,该调制策略可以使得输出电压电平数达到2n+1,降低了输出电压的谐波含量和开关管的电压应力。最后通过Matlab/Simulink和MMC实验样机对改进型SUPWM调制策略进行验证,仿真和实验结果证明该调制策略正确、有效。

尖板电极起晕和击穿电压极性的研究

利用尖一板电极构成空气间隙，模拟极不均匀电场，在施加工频交流电压时，击穿发生在正半周期而负半周期更容易起晕。即正电晕的起始电压要高于负电晕的起始电压，而击穿电压却低于负电晕时的值。本文通过买验并从金属结构和能带理论、汤生德放电机制以及空间电荷理论等角度对这一现象进行了分析。

电压互感器二次回路压降对电能计量的影响

由于电压互感器二次回路压降直接影响电能量计量的准确性，严重时会危及电力系统的稳定运行，因此本文从分析电压互感器二次压降的形成机理入手，并提出最为合理的二次压降治理方案。

基于MMC主动限流的柔性直流配电网优化配合保护策略

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网发生直流短路故障后,激增的故障电流将严重威胁电网安全稳定运行。为抑制故障电流,针对半桥MMC型直流配电网提出一种基于主动限流控制的优化配合保护策略,通过减小直流故障电流上升率与故障隔离时间来抑制故障电流。首先根据故障电流特性提出了基于虚拟电抗的主动限流方式来限制故障电流上升率;进而根据单端量电流变化率特性设计了快速故障区域识别方法;并综合上述内容形成了快速故障区域识别与直流断路器动作的优化配合保护方案,通过优化断路器时序配合来加快故障隔离速度,进一步抑制了故障电流。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流配电网仿真模型,通过多个算例验证了所提方案的有效性。