基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。

桥臂复用型MMC的预充电控制策略

桥臂复用型模块化多电平换流器(AM-MMC)可以有效减少换流器的体积和重量,其预充电控制策略研究亟待开展。为此,提出了分别适用于交流和直流场景的AM-MMC的预充电控制策略。在交流预充电场景下,通过分析桥臂间子模块电容电压的关系,并考虑子模块电容过压以及桥臂间子模块电容电压不均衡问题,提出一种包含不控充电阶段、可控充电阶段和阻断阶段的三阶段交流预充电控制策略,并提供了限流电阻的计算方法。在直流预充电场景下,推导冲击电流产生的原因,提出了一种基于直流电流的冲击电流抑制策略。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提预充电控制策略可有效实现AM-MMC的平稳启动。

一种关于MMC谐波抑制的新型无源控制方法

针对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中由于桥臂共模电压的波动分量而产生的桥臂环流谐波抑制问题,在无源控制的基础上,提出一种结合改进重复控制的无源比例积分重复控制(passivity-based control-proportional integral-repeat control,PPRC)方法。首先,对MMC主电路内部电流和桥臂环流进行数学建模;其次,理论分析基于欧拉拉格朗日的无源控制和改进的重复控制,设计总体控制框图;最后,在动态条件下将所提PPRC方法与无源控制方法、无源比例积分控制方法进行仿真实验对比。3种控制方法的环流、桥臂电流和输出电流的对比分析结果表明,所提PPRC方法对桥臂环流中的谐波成分有着更好的控制性能。

基于ARM的实时调整型电子负载的设计与实现

针对电力机车LCU测试系统需要对被测试对象的动态运行性能进行实时仿真测试的要求,开发了一种能实时地控制负载电流变化的电子负载模块;以PHILIPS公司的LPC2119为主控芯片,采用其内嵌的CAN控制器设计了CAN通信网络;对并联功率MOS-FET器件在驱动电压动态变化条件下的均流特性进行了研究与试验分析,同时对采用数模转换器件作为其驱动器件的驱动电路进行了研究与设计;以此电子负载模块作为仿真负载的LCU测试系统,实现了对负载电流的在线实时调节,达到了对被测试对象的动态运行性能进行仿真测试的目的。

面向低频海上风电送出的模块化多电平矩阵变换器综合解耦控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)用于海上风电低频输电系统(low frequency transmission system,LFTS)是具有广阔应用前景的新方案。M3C双频功率耦合对其9个桥臂直流侧电容电压的均衡控制及故障穿越带来挑战和困难。为此,提出基于桥臂双重低频环流注入法的新型M3C综合解耦控制策略。首先,对M3C工、低频侧进行数学建模并分析其功率运行范围。基于桥臂工、低频共模和差模回路的分析及桥臂功率平衡原则,提出实现工、低频侧输入及双重低频环流注入的M3C解耦控制策略。使用开环和闭环低频环流注入两种联合控制,在实现M3C各子变流器相间功率快速均衡的同时,确保工频侧输入电流的完全正序特性。通过带延时补偿的复矢量控制器,在静止坐标系统实现9个桥臂的完全独立控制,搭建35kV/11MW海上风电系统PSCAD模型,通过稳态、动态及暂态仿真全面验证所提综合控制策略的有效性和正确性。

基于ARM控制器的剩余电流保护器检测的研究

对剩余电流保护器的工作原理及附加恒流电源的方式进行了控制策略的探讨和研究。介绍了系统的结构和组成部分,对系统进行软件算法的分析建模。在此基础上进行了控制器的设计,并采取合适的控制策略。提出了一种基于ARM LPC2136的剩余电流保护器检测装置的硬件和软件的实现方法。结果表明,该系统功能完善,提高了剩余电流保护器检测的准确性和效率。

基于ARM的恒温控制系统的设计

针对传统恒温槽控制系统存在控制精度低、响应速度慢等缺点,设计了一种基于ARM的恒温控制系统。系统以ARM为开发平台,利用恒流源电路激励温度传感器,通过温度采集电路采集恒温槽内温度的变化情况,采用24位高精度ADC对PT100温度传感器输出的信号进行采集,最后在单片机内部对数据进行处理计算,最后把计算结果通过RS232的方式发送到上位机显示。实际实验结果表明,该恒温控制系统测温范围在-40℃~400℃,测温精度可以达到0.01℃,系统具有能耗小、体积小、成本低、操作方便等优点。

基于DSP+ARM的双核低压智能断路器控制器系统设计研究

为了满足智能电网的发展需求,设计了一种由DSP和ARM组成的双核控制器结构的低压智能断路器控制系统。对新型智能控制器的总体结构、硬件组成、测量保护算法、控制程序等进行介绍。针对采用傅里叶算法时衰减的直流分量会对计算的电力参数引入误差,提出采用改进的傅里叶测量算法进行修正,进一步提高电力参数的准确性,并根据三段电流保护特性原理对系统进行保护控制。实验证明:所提出的方法能有效提高计算参数的精度,系统在实现基本的智能保护功能外,还可以对低压配电系统的状态进行网络化的实时监测,提高智能断路器的可靠性,具有较好的实用性。

MMC低桥臂电流峰值控制方法研究

在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的传统环流控制策略中,通常将环流抑制为零以降低系统损耗,但合理注入环流能够给系统带来额外的收益。该文探索利用二倍频和四倍频环流注入来减小MMC桥臂电流峰值的方法,并提出两种环流注入策略:其一能够从最大程度上降低桥臂电流的峰值,但会增大子模块电容的容值;另一种策略则兼顾了桥臂电流峰值的降低与电容电压纹波的增加幅度。设计解耦的环流控制策略来提高环流注入的精确性,并从电流应力、功率处理能力及换流站损耗等方面对两种环流注入策略进行分析和比较,给出不同场景下的推荐方案。针对所提策略的仿真与硬件在环实验结果表明,所提策略可将运行在较高功率因数下的MMC桥臂电流峰值减小25%左右,利于其短时间过载运行。

基于桥臂电流控制的模块化多电平储能系统谐波抑制策略

为解决模块化多电平储能系统(MMC-BESS)在背景谐波和死区效应等扰动下电能质量恶化的问题,提出一种基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略。针对中压大容量应用场景的MMC-BESS谐波扰动问题,首先,分析交流背景谐波和死区效应对MMC-BESS的影响,建立交流背景谐波和死区时间对模块化多电平储能系统交、直流侧影响的数学模型;其次,建立MMC-BESS交流电流、直流环流和交流环流的解耦模型;在此基础上,提出基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略,并给出详细的控制器参数设计过程和性能分析;最后,通过仿真和实验验证所提储能系统谐波抑制策略的有效性和可行性。

半桥型MMC直流侧故障的两级主动限流控制

半桥型MMC-HVDC系统直流线路发生短路故障后,故障电流骤升,对直流断路器的开断能力提出严苛要求。针对该问题,该文基于桥臂电流特征,提出一种适用于直流故障的两级主动限流控制,为直流断路器开断故障电流提供了良好条件。基于桥臂电流变化率构造了第一级控制,快速启动限流控制,改善了现有限流方案投入速度慢的问题。随后提出限流抑制曲线,并以此构造了第二级控制,快速自适应动态降低MMC出口电压幅值,增强了抑制直流故障电流增加的效果。在PSCAD对所提主动限流控制性能验证,结果表明,该文所提限流控制启动速度快,在0.1ms内投入限流控制。同时,相比电流变化率和电压整定值改变的限流方案,可进一步将故障电流最大幅值降低超过30%,限流效果更好。

基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器综合控制策略

通过分析模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种MMC综合控制方案,包括直流母线电压控制和桥臂电容电压控制。该方案内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和内部环流的三重控制,不需要专门的环流控制器。该方案各桥臂电容电压控制基本相互独立,易于实现分布式控制。提出一种电流前馈控制方案,能有效减小电容电压的动态波动,提高动态响应速度。搭建了10 k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。

基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略

提出一种基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略,以实现对交流侧电流、直流侧电流以及内部环流的控制。通过理论分析,得到上、下桥臂传输功率与桥臂电流的关系;设计了上、下桥臂独立控制的内外环控制系统,分别对换流器三相桥臂电流进行dq变换,得到上、下桥臂各相电流的指令值;附加桥臂电流环流抑制器,以实现换流器有功、无功控制量闭环控制。在31电平柔性直流输电实验平台上对所提的控制策略进行验证,结果表明其具有精度较高、高效抑制换流器桥臂环流等优点。

基于模块化多电平矩阵变换器的电力电子变压器控制策略

为实现机车牵引电力电子变压器(PET)小型轻量化的目标,对基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的PET新型拓扑结构进行研究。该拓扑结构的核心M3C的易扩展性及输出任意波形的灵活性使该拓扑结构特别适用于中/高电压大功率的场合,尤其是高速动车机组中。该拓扑结构只需要一个中频变压器,在体积和重量上较已存在的拓扑具有明显优势。本文介绍了基于M3C的PET拓扑基本结构,通过建立该拓扑的数学模型,提出了一套M3C和二次侧全桥独立控制策略,用Matlab搭建了该拓扑结构的Simulink模型,并在实时仿真器RT-lab上进行了实时仿真验证,实验结果验证了提出控制策略的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。

降低模块化多电平换流器子模块电容值的控制方法

模块化多电平换流器(MMC)因必须对子模块电容电压波动范围进行限制,导致所需的子模块电容值较大,带来较大的成本和体积问题。提出了一种降低MMC所需电容容量的运行方式和参数设计方法。所提方法将子模块电容电压直流分量的实际运行值适当降低一定的比例,使电容电压波动的最大允许幅度增大,使选择较小的电容值成为可能。详细分析了所提方法的运行方式。为使所提出的降低电容容量的运行方式能够更好地实现,还提出了一种可以实现交流端口电流、直流端口电流和内部环流解耦控制的桥臂瞬时电流直接控制方法。通过这一方法可以直接控制换流器的内部环流分量,并能够动态调节各桥臂子模块电容电压。通过RT-LAB平台对所提出的运行方式进行了详细的仿真研究,验证了其可行性和有效性。

模块化多电平换流器分桥臂电流控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电流控制系统大多基于d-q旋转坐标系,并将MMC上、下桥臂当成整体进行控制。为此,提出了MMC分桥臂电流控制策略。推导MMC单桥臂的开关周期平均值模型及小信号模型,并在此基础上设计桥臂电流闭环控制系统。该策略不仅能灵活控制MMC的交流输出电流和直流电流,而且能抑制上、下桥臂间的交流环流。算例结果证明了该策略的有效性。

面向分频海上风电送出的模块化多电平矩阵变换器改进V/f解耦控制策略

基于全桥功率模组的模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是海上风电送出中具有良好应用前景的新方案,但是M3C也存在工、低频电气分量在桥臂内的直接功率耦合现象。为此,提出适用于分频海上风电送出的新型M3C构网电压/频率(V/f)解耦控制策略。根据对子变流器瞬时功率的分析,提出桥臂电容电压的层次化控制方法,M3C各子变流器在工频侧独立控制,通过输入正序有功及负序电流实现桥臂电容电压的稳定。而M3C各子变流器在低频侧统一控制,通过电流双序闭环控制实现低频交流电压的稳定。根据工、低频解耦控制得到的电流参考值,在静止坐标系统下统一实现9个桥臂瞬时电流的完全独立控制。所提方法可有效降低M3C控制复杂度,提高所构建低频交流系统的稳定性。搭建仿真模型通过稳态、动态及工、低频典型故障实验全面验证所提策略的有效性。

桥臂参数不对称MMC的运行与控制

实际工程中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)上、下桥臂参数不可避免地会存在一定的差异,从而导致交流侧电流中出现直流和2倍频分量,直流侧电流中出现基频和2倍频振荡分量,以及不同桥臂间电容电压发生不平衡等一系列问题。为解决这些问题,建立了桥臂参数不对称情况下MMC的解耦控制模型,提出了桥臂电流直接控制策略,有效地改善了参数不对称下MMC的电流控制问题。同时,基于子模块级联串能量模型,提出一种有功环流和无功环流相结合的环流注入方法,在实现上、下桥臂电容电压平衡的同时,确保MMC的端口特性不受内部环流的影响。最后,仿真和实验结果验证了理论分析和所提控制策略的有效性。

一种高稳定数控交流恒流源的设计

设计了一种频率及幅度可数控的交流恒流源。以单片机为控制核心,用高精度D/A实现数字控制,恒流源由大功率运放电路产生,可提供交流有效值10mA-1A输出的恒流,并用高精度采样电路采集输出电流反馈软件动态调整,提高了恒流输出的稳定性和精度。经测试,该设计方案有较好的恒流输出稳定度,数字调整功能可靠。