适用多功率的最近电平调制下MMC子模块开路故障诊断策略

模块化多电平换流器(MMC)子模块(SM)发生故障时,快速检测到故障并定位故障SM是提升MMC可靠性的关键。现有研究基于经验的阈值设置在不同运行功率间难以推广。针对于此,提出一种适用于不同运行功率的最近电平调制(NLM)策略下MMC子模块开路故障诊断策略。所提策略通过判断SM电容电压预测值与实际值间的绝对误差是否超出阈值来检测并定位故障。通过数学推导给出了设置阈值的可靠依据,并验证了当运行功率发生改变时无需重新手动设置阈值,与现有研究相比降低了阈值设置难度。此外,所提策略整合了现有策略的优点,包括无需额外硬件,计算负担小,诊断速度快(<20ms),适用于多个SM发生故障的情形等。同时,通过理论分析验证了所提策略不仅适用于NLM策略的情形,在调整SM开关函数的预测方法后可推广至其他MMC调制策略。在硬件在环平台中的实验结果验证了该策略可以在不同功率点准确、快速地诊断出两种MMC子模块开路故障。

双U/f下垂控制下双极MMC-HVDC系统交流阻抗建模及稳定性分析

基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high voltage direct current,MMC-HVDC)常采用双极接线方式以提高系统功率输送能力和可靠性。然而目前对于风电场经柔直外送系统的稳定性研究集中于单极接线方式,孤岛直驱风电场与采用不同双极协调控制的双极MMC-HVDC互联系统小信号稳定性问题还有待进一步探究。该文首先考虑频率耦合特性、参考系初相位和直流侧耦合特性的影响,分别建立了采用双U/f下垂控制和定U/f-P/Q控制的双极MMC-HVDC系统交流侧等效SISO阻抗模型,并详细分析了金属回线阻抗和双极间功率均分度对交流阻抗特性的影响。接着对比研究了两种协调控制中共有控制环路和特有控制环路对交流侧负电阻特性及互联系统稳定性的影响规律。最后,孤岛直驱风电场经两种双极协调控制下双极MMC-HVDC外送系统Matlab/Simulink时域仿真结果和硬件在环半实物实时仿真实验结果验证了所提出的小信号阻抗模型的精确性和稳定性分析结论的有效性。

海上风电柔性直流系统设计及工程应用

针对中国第一个海上风电柔性直流送出工程—江苏如东工程,从系统拓扑方案构建、过电压与绝缘配合、系统功率盈余问题与交流故障穿越技术以及控制保护技术等方面开展了深入研究,构建了轻型紧凑化的海上风电柔性直流系统拓扑方案,取消了海上换流站的启动回路与接地回路等;提出了海陆换流站的避雷器配置方案与参考电压的选取原则,形成了海陆换流站的绝缘配合方案的典型范式;提出了集中式、分布式、混合式直流侧有功功率动态平衡装置的典型拓扑方式,解决了陆上换流站交流侧故障穿越难题;提出了工程的整体控制保护方案,并研究了一种基于电压前馈环节比例谐振控制的有源谐振抑制方法,显著降低了工程的振荡风险。通过工程实际运行,全面验证了所提技术的有效性。

混合式制动电阻变换器的电磁暂态仿真等效建模

为了解决孤岛新能源柔性直流送出系统中混合式制动电阻变换器原始模型的巨大网络节点数严重制约电磁暂态仿真速度的问题,提出了一种基于戴维南等效及嵌套迭代的混合式制动电阻变换器电磁暂态等效建模方法,将其拆解为4类运行状态各异的子模块网络,结合子模块中主/辅开关器件的触发指令组合,得到各类子模块网络的戴维南等效电路,并将依此合成的混合式制动电阻变换器支路等效模型代入柔性直流送出系统网络求解,进而反推内部子模块电气特性,依此循环,迭代求解。并利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC开展等效模型与原始模型的一致性仿真测试及仿真速度对比分析,结果表明所提方法能高度模拟混合式制动电阻变换器的外部运行特性及内部子模块变化特性,并可大幅缩短仿真时长。

Theoretical analysis of the harmonic characteristics of modular multilevel converters

To understand the operation principle of the modular multilevel converter(MMC)deeply,it is necessary to study the harmonic characteristics of the MMC theoretically.Besides,the analytical harmonic formulas of the MMC are useful in designing the main circuit,reducing the losses and improving the waveform quality.Based on the average switching function and the Fourier series harmonic analysis,this paper deduces the analytical expressions for such electrical quantities as the arm voltage,the arm current,the capacitor voltage,the capacitor current and the circulating current of the MMC.Finally,a digital model of a 21-level MMC-HVDC system is realized in PSCAD/EMTDC.The results of the analytical expressions coincide with the simulation results,which verify the effectiveness and feasibility of the proposed analytical expressions.