新型全固态模块化多电平特种高压电源优化设计

模块化多电平换流器(MMC)已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案,对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容,为降低MMC对子模块容值的需求,提高系统功率密度,提出一种改进型MMC(I-MMC)拓扑。应用隔离型开关电容变换器,实现上下桥臂一对子模块高频链互联。研究中相单元内上、下桥臂子模块对并联的高频链两侧采用同步控制,使子模块电容之间呈现开关电容特性,实现波动功率在电容之间的自由传递,进而消除相位相反的基频与3倍频波动分量。结合MMC运行调制比和功率因数分析基频与3倍频波动分量消除后子模块电容取值,完成模块化设计。所提方案可将子模块电容减小至常规MMC的1/4。仿真与实验结果验证了所提拓扑方案的正确性与有效性。

一种新型串联单链式模块化多电平变换器

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)是中压直流配电网中应用较为广泛的拓扑结构,但是庞大的开关器件数量、较多的子模块数量导致成本增长与损耗增加,设备体积与空间限制等因素制约了MMC的进一步发展。为解决这些问题,该文提出一种串联单链式模块化多电平变换器(series single chain-link MMC,SSC-MMC),4组由半桥子模块组成的桥臂经串联接入直流端口,桥臂连接处引出交流端口,在交流输出侧经隔直模块抵消直流偏置电压,从而产生三相交流电压。该拓扑相较于传统三相MMC可减少2/3的子模块数量,从而降低变换器的制造成本与体积。该文详细给出SSC-MMC的运行原理,提出SSC-MMC的控制策略与调制策略,并对拓扑结构中的关键参数进行分析设计。对SSC-MMC与常见传统MMC及SMMC的拓扑结构从多个方面进行对比分析。最后利用Matlab/Simulink对SSC-MMC进行仿真验证,并制作样机进行实验测试,仿真与实验结果验证了该文拓扑的可行性与控制策略的有效性。

考虑仿真步长延时的MMC高频阻抗模型

近年来,在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统中出现了多起新型电力系统高频振荡事件。目前,通常采用阻抗分析法探究柔直系统高频振荡的机理,现有研究开展了大量的MMC阻抗建模工作。为了验证理论推导所得到MMC阻抗模型的准确性,一般采用基于时域仿真的阻抗辨识法来验证。但在高频下,即便微小的仿真步长延时也将对阻抗辨识结果产生很大影响。如果在建模过程中未考虑仿真步长和控制延时的影响,即使考虑了所有的控制和调制环节,理论推导结果与阻抗辨识结果在高频下仍无法完全对应。鉴于此,本文分析了仿真步长对于MMC控制环节输入、输出动态的影响。然后,基于分析结果提出了一种考虑仿真步长和控制延时的MMC建模方法,确保其在高频范围下也能够与阻抗辨识结果相互验证各自的准确性。最后,通过时域仿真验证了该建模方法的正确性和有效性。

抑郁绝望理论在我国儿童中适用性的追踪研究

以抑郁的绝望理论和最弱联结假设为基础,采用纵向追踪研究设计,应用多层线性模型分析考察抑郁绝望理论在我国儿童中的适用情况。结果表明:1、应激事件水平能预测抑郁症状的程度,并且在较大年龄儿童中具有更强的预测性;2、虽然研究结果的统计显著性不支持以最弱联结假设为认知依据的绝望理论,但在一定程度上还是反应了该理论的适用性;3、个体认知归因方式可能在儿童阶段开始形成并逐渐发展成熟。

载波幅值可调PWM技术及其在级联型多电平变流器中的应用

在详细分析直流电压脉动对输出电压影响机理的基础上,提出载波幅值可调PWM技术。根据直流侧电压脉动的实际情况及时调整载波幅值,可以有效地抑制直流侧电压脉动造成的输出电压畸变。载波幅值可调PWM技术原理简单、实现方便,还可以降低直流侧滤波电容,对提高系统品质和功率密度有重要意义。理论分析和仿真研究得到了实验验证。

级联储能变换器直流链纹波电流的抑制策略

储能系统既能作为电源,又可以作为负荷,在微网中起着双向调节的重要作用。随着微网中储能技术的应用,级联多电平变换器作为一种新颖的储能功率调节系统(PCS)开始被广泛研究。级联储能变换器的H桥直流链电流包括直流分量与纹波电流分量,纹波电流分量会对电池储能系统性能产生不利影响。论文首先研究了H桥直流链电流中纹波电流形成的机理,建立了H桥纹波电流电路模型,研究了直流链纹波电流的传输特性与影响因素;在此基础上提出了基于直流有源滤波器(DC-APF)的级联储能变换器电路拓扑,研究了利用直流有源滤波器抑制H桥直流链纹波电流的控制策略,最后通过仿真显示了该方法的有效性。

三相H桥三电平逆变器谐波抑制方法

为改善传统三相H桥三电平逆变器输出线电压质量,对存在的直流母线电压波动和线电压相邻"电平层"交叠现象进行理论分析。提出基于直流母线电压实时采样的载波前馈校正方法,根据直流母线电压的波动实时校正载波形状,调整不同PWM脉冲幅值时的脉宽;提出锯齿载波相移PWM(PS-SPWM)调制方法,控制任意两相电压相对应的脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)处,消除了线电压相邻"电平层"交叠现象。与传统方法相比,进一步抑制了线电压的高、低次谐波。实验结果验证了提出方法的可行性与有效性。

一种新型的混合级联多电平逆变器

在中高压大功率场合级联H桥多电平逆变器受到了越来越多的关注。混合级联多电平逆变器是传统级联多电平逆变器拓扑的改进,它的直流侧电压幅值不同。混合级联多电平逆变器最大的优点是在得到相同电平数目的情况下,大大减少了独立直流电源的数目。但是,在一些应用场合,直流电源只能为一个。针对这个问题,在直流侧加入高频环节,得到了一种新型的混合级联多电平逆变器,实现了单直流电源供电,而且这种逆变器的输出电压THD较低,系统体积小。文中首先介绍了基于高频环节混合级联多电平逆变器的电路结构,分析了该结构功率分布问题,针对最近电平逼近调制策略下的输出电压低次谐波较大的问题,改进了控制方法,最后通过软件仿真验证了改进控制方法的可行性。

级联STATCOM阀组直流侧电压不平衡现象及原因分析

在级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)研究实验过程中,发现各相阀组间存在直流侧电压不平衡,且阀组间直流侧电压不平衡度随着补偿电流的增大有增大的趋势。阀组间的直流侧电压平衡,对于级联H桥STATCOM的安全运行以及性能均具有重要意义,但尚未有阀组间直流侧电压不平衡的原因分析。文中通过对系统电压的正负序分解,分析了级联H桥拓扑结构中负序电压与正序电流的相互作用对有功功率的影响,解释了级联STATCOM阀组间直流侧电压不平衡的物理原因,对阀组不平衡进行了定量分析。仿真和实验结果证实了该方法的正确性,从而为解决阀组间直流侧电压不平衡提供了合理的依据。

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。

一种基于耦合电感的模块化多电平变流器控制

对一种新型结构MMC进行了原理分析,该结构采用耦合式(带中心抽头)桥臂电感,由于上、下桥臂的严格对称性,上、下桥臂基波电流反相,耦合电感的引入在很大程度上降低了桥臂单个电感上的压降,进而有效地抑制了桥臂环流。进一步对排序控制进行改进,改进后的排序法更利于上、下桥臂的充放电平衡,同时还能进一步稳定直流侧电流。最后利用Matlab/Simulink软件搭建了每相10个模块的MMC仿真模型。仿真结果表明了耦合电感结构的优势以及提出的改进排序法的有效性。

模块化多电平换流器主回路参数设计

模块化多电平换流器（MMC）将在电力系统中得到越来越广泛的应用，其主回路参数的设计直接影响系统的投资和运行性能。因此研究了MMC主回路中几种重要元件的参数设计问题，包括连接变压器、桥臂电抗器、子模块电容器、IGBT模块等。基于MMC的基本等值电路，提出了连接变压器阀侧空载额定电压的确定方法，论证了阀侧空载额定线电压的取值范围为直流侧电压的（1．00～1．05）／2倍；引入等容量放电时间常数的概念，发现电容电压波动率与等容量放电时间常数之间的关系基本不随具体工程而变，即具有跨工程的普遍适用性，因而可以一般性地给出子模块的电容参数，还分析了以往工程的对应参数，给出了等容量放电时间常数为40ms的推荐值；基于MMC的解析数学模型考察了4种极端工况下子模块功率器件所承受的电压和电流水平，发现子模块功率器件的负载水平会随运行工况的改变而发生巨大变化；引入二倍频环流谐振角频率和相单元串联谐振角频率的概念，提出了桥臂电抗器参数的取值原则，并分析了以往工程的对应参数，给出了桥臂电抗器参数普遍适用的推荐值为相单元串联谐振角频率取电网工频角频率。

考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电系统的链路延时可能会引发系统产生高频振荡。文中通过Pade近似对延时环节进行等值,建立了基于四阶Pade近似等值延时环节的MMC-HVDC系统的状态空间模型。通过在阶跃工况下与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态模型动态特性的对比以及高频振荡的复现,验证了所建立的状态空间模型的正确性及四阶Pade近似等值延时环节的有效性。然后,研究了延时环节时间常数对系统特征根及高频振荡特性的影响,结果表明,基于特征值分析法对所建立的考虑延时环节特性的MMC-HVDC系统状态空间模型进行分析,可以得到引发系统高频振荡的临界延时时间。最后,通过参与因子分析法探究了引起系统发生高频振荡的主要因素,结果表明,系统的高频振荡现象主要是由交流系统特性与含有延时环节的MMC-HVDC系统特性之间的耦合作用引起。

10kV统一电能质量控制器配电网应用研究

给出了10 kV配电网基于模块化多电平变换器技术的统一电能质量控制器(modular multilevel converter based unified power quality conditioner,MMC-UPQC)装置提高实用性的五种方法。第一种方法采用变比可变的变压器代替传统MMC-UPQC的串联变压器,提高了MMC-UPQC电压暂降补偿深度;第二种方法采用双串联变换器串联代替传统MMC-UPQC的单串联变换器,减小了公共直流侧电压,降低了阀组柜绝缘要求;第三种方法在电压暂降期间控制并联变换器吸收适量的有功功率,减少了MMC-UPQC子模块直流电容的释放能量,减小了直流电容的容量;第四种方法 MMC-UPQC子模块采用混频控制,根据子模块需治理的电能质量问题设定控制脉冲的频率,减少了子模块内开关器件损耗,降低了散热措施要求;第五种方法在控制策略中引入环流抑制控制,减小了MMC-UPQC变换器内部的环流电流及桥臂电抗器感抗。与传统MMC-UPQC装置相比,采用所提五种方法的MMC-UPQC装置能提高电压暂降补偿能力,减小占地面积和成本。

基于改进拓扑的MMC-HVDC控制策略仿真

基于模块化多电平换流器高压直流输电技术已得到了广泛应用和研究。当直流侧线路发生短路故障时,传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)半桥子模块拓扑不具备闭锁直流故障电流能力,只能靠触发交流断路器来进行故障隔离,从而降低了系统故障穿越能力。而在交流侧电网故障时,基于同步旋转坐标的矢量控制为抑制负序电流,需要将电流进行序分量分解和单独控制,从而对其控制性能带来一定影响。为实现直流故障电流抑制,先对MMC半桥子模块拓扑进行改进,设计具有直流侧故障电流阻断能力的双子模块串联拓扑;其次为避免电网电压不平衡下电流序分量分解,利用准比例谐振控制器作为电流内环控制,并设计相应限流环节;此外电容电压均衡作为MMC中不可或缺的控制,通过定义电容电压差异度量化指标,对排序频率实现动态调整,避免不必要的开关状态转换,降低开关频率;最后以改进子模块拓扑为例,在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建仿真模型,对负序电流抑制策略和直流侧两极短路故障电流抑制功能分别进行了仿真验证。

按索引访问集合的算法实现及性能分析

提出了三种按索引访问集合的算法,将它们应用于开放性的公证业务管理平台,并分析比较了这三种算法的时间复杂度和空间复杂度。这些算法分别适用于各种不同运行环境下的软件程序中的集合访问。

高压直流输电模块化多电平换流器拓扑研究

基于VSC(Voltage Source Converter)的高压直流输电为解决大规模清洁能源并网等问题提供了新方法,现已投运的VSC-HVDC工程无法有效处理直流故障。阐述传统H-MMC拓扑无法快速有效阻断直流侧故障电流的原因,重点对比分析目前已提出的3类具备直流侧故障切除的改进型换流器拓扑结构的共性与不同点,研究其清除直流侧故障的机理。通过PSCAD/EMTDC软件对不同拓扑组成的换流器进行仿真分析,验证了提出的换流器阻断直流侧故障电流的机理,改进型拓扑组成的换流器具有较好的应用前景。

基于辅助电路的MMC-HVDC直流故障处理策略

直流线路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。文中提出一种基于辅助电路的直流故障处理策略,即双向晶闸管与开关型零损耗限流装置相配合的保护方案。首先分析了直流故障电流自然衰减的直流保护原理及现有方案的缺陷,进而提出采用双向晶闸管代替背靠背晶闸管集中配置在交流侧的方法来简化其控制回路;通过与开关型零损耗限流装置相配合,并对限流电抗器进行合理设计,能够使保护在不增加运行损耗的同时具有快速抑制短路电流的能力,降低清除直流故障时对交流系统长时间的冲击。此外,进一步提出相应的故障检测及恢复策略。最后,基于PSCAD仿真平台验证了所述保护方案的有效性。

适用于中压领域的V形钳位多电平变换器

多电平变换器在中高压大功率电能变换领域已得到广泛的应用。该文针对中压电能变换领域,提出V形钳位多电平变换器(VMC)拓扑族。在现有IGBT电压等级的条件下,该拓扑族采用较少数量的器件就可以实现中压大功率电能变换,结构简单;同时该拓扑族无需飞跨电容,降低了系统控制复杂度。首先提出VMC拓扑族的构成,包括拓展方式、一般形式以及演化类型;在此基础上研究VMC工作原理及控制方法,分析直接钳位机制和阻断电压分配问题。考虑目前商业主流功率器件电压等级,针对拓扑结构特点,揭示适宜VMC的电压等级;最后通过仿真和实验结果验证了所提拓扑族及控制方法的可行性,也进一步证明了该文理论分析的正确性。

舰船装备多级链路设计与实现

在远程控制领域中,网络化控制技术已经比较成熟,但在舰船通信装备控制网络中,需要具有串行和从属关系的多级链路的控制应用。利用初始会话协议(Session Initiation Protocol,SIP)可以方便地建立起多级链路,SIP协议自带的状态机组足以应付复杂的多级链路控制;同时在链路建立的情况下,SIP协议中的信息方法(INFO)可以方便地传输、交换私有控制信息和反馈信息,实现舰船通信装备的多级链路控制。