全桥型STATCOM的静止无功补偿技术

文中从电容充放电的角度研究了全桥型STATCOM无功控制技术。首先对当前国内外无功补偿器的发展和研究现状进行了分析,论述了本课题研究的意义。然后对该无功补偿器的电路结构、工作原理、数学模型和控制方法分别进行了详细的阐述;为了验证其连续无功控制效果,文中采用PSIM软件搭建了仿真模型,仿真结果验证了该无功补偿技术的可控性和无功补偿效果。

一种基于环流注入的全桥型MMC降容优化设计

为降低全桥型MMC各子模块电容体积,提高全桥型MMC功率密度,基于调制比和环流对电容电压波动影响机理,提出一种特定相位及幅值环流注入的方法,降低了各子模块滤波电容电压波动。为验证所提方法的正确性,在额定工况及单位功率因数条件下,对所提方法进行了仿真实验,仿真结果表明,采用新的降容措施后,电容电压波动范围缩小20%,纹波系数减小至30%,电容容量减小20%。

双有源全桥型DC-DC变换器建模及控制

针对能量双向流动的隔离型DC-DC变换器的设计及控制问题,以双有源全桥(DAB)型DC-DC变换器作为研究对象,以提高变换器动态性能为目标,进行系统建模及控制系统设计。在分析DAB型DC-DC变换器工作原理基础上,通过小信号建模方法推导出电流环及电压环的传递函数,并根据传递函数分别设计了PI控制器。基于TI公司TMS20F28379D控制器的控制平台,在一台500 W的样机上进行了实验验证。实验结果表明:实验波形及数据与理论分析一致,验证了DAB型DC-DC变换器的功能及控制方法的正确性。

基于全桥型MMC的直流融冰控制方法研究

冰灾的频繁发生使得直流融冰装置已经成为易覆冰地区电网中的常规设备.现有直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术,在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波,对接入交流系统带来一定影响.全桥型模块化多电平换流器具有直流电压、电流双向运行能力,可满足直流融冰对换流器运行工况的要求.将研究基于全桥型模块化多电平换流器(全桥型MMC)的直流融冰装置建模方法.对直流融冰装置主回路拓扑、参数,调制均压、控制策略进行全面研究,利用全桥型子模块(FBSM)可输出正、零、负模块电压的特点,研究如何实现输出电流、电压宽范围连续可调,以满足不同类型、长度线路的融冰需求,并利用PSCAD搭建全桥型MMC和LCC型直流融冰装置模型,对二者进行对比分析,验证了全桥型MMC直流融冰装置的优势,仿真结果验证了模型控制和方法的有效性.

全桥型MMC-HVDC直流短路故障穿越控制保护策略

直流故障穿越是柔性直流输电(voltage sourced converter based high voltage direct current transmission,VSCHVDC)技术面临的重要问题之一。全桥型模块化多电平换流器(full bridge modular multilevel converter,FBMMC)能够快速清除直流侧故障,是实现直流故障穿越的理想拓扑。该文首先分析现有换流阀闭锁保护策略下电容放电阶段和换流阀闭锁阶段的等效电路,推导电容电压和电流的解析式。针对实际工程中功率模块具有恒功率负载特性,换流站闭锁期间功率模块电容电压逐渐发散并最终导致交流断路器跳闸的问题,提出一种FBMMC-HVDC的故障穿越控制保护策略。在故障穿越期间,换流器处于可控状态,能够避免电容电压发散,无需切断交直流系统连接;在故障清除后能够立即恢复正常运行,具备暂时性和永久性直流故障穿越能力。在PSCAD/EMTDC软件中构建了FBMMC-HVDC仿真模型,对比上述两种保护策略,分析两种策略各自的优缺点。

全桥型模块化多电平换流器损耗简化计算模型研究

半导体开关器件损耗特性的非线性以及全桥子模块开关状态的多样性,对全桥型模块化多电平换流器(MMC)损耗的精确计算提出了挑战。目前常用的基于仿真软件的查表法虽然能够较准确估算MMC损耗,但计算速度慢。对此,本文提出了一种基于桥臂电流有效值和绝对值的全桥型MMC简化损耗计算模型。该模型在考虑全桥子模块在调制时输出负电平的开关状态的基础上,分别推导出换流器的通态损耗和开关损耗的数学表达式。同时在忽略二倍频谐波环流分量的前提条件下,用直观的解析表达式描述了全桥型MMC的损耗特性,并能够快速计算多种工况下的损耗。最后,本文采用简化损耗模型和基于仿真软件的查表法,分别计算换流器的损耗,并对两种计算方法之间的损耗计算误差进行分析。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提简化损耗模型的准确性。

基于损耗分析的全桥型MMC参数优化设计

全桥型模块化多电平换流器(MMC)具有直流故障自清除能力,且在发生故障时能够支撑交流侧电压,特别适用于架空线传输的柔性直流输电系统。但是其损耗大的问题十分突出,制约了其在大功率场合的应用。传统设计方法认为在全桥型MMC正常运行时负电平是无效电平,故而提出一种基于模块输出负电平特性的效率优化设计方法。分析子模块输出负电平时全桥型MMC中各电气量满足的约束关系,推导效率最优的直流电压、交流侧电压以及桥臂子模块数的表达式。该方法能在系统额定功率和开关器件型号确定的条件下,准确求解效率最优的MMC系统设计参数。

全桥型MMC用于直流融冰时的控制策略研究

冰灾的频繁发生使得直流融冰装置已经成为易覆冰地区电网中的常规设备。现有直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术,在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波,对接入交流系统带来一定影响。全桥型模块化多电平换流器具有直流电压、电流双向运行能力,可满足直流融冰对换流器运行工况的要求。将研究基于全桥型模块化多电平换流器(全桥型MMC)的直流融冰装置建模方法。对直流融冰装置主回路拓扑、参数,调制均压、控制策略进行全面研究;充分利用全桥型子模块(FBSM)可输出正、零、负模块电压的特点,研究如何实现输出电流、电压宽范围连续可调,以满足不同类型、长度线路的融冰需求;最后利用PSCAD搭建了全桥型MMC和LCC型直流融冰装置模型,并对二者进行对比分析,验证了全桥型MMC直流融冰装置的优势。仿真结果验证了模型控制和方法的有效性。

全桥型模块化多电平变流器低冲击电流可控充电策略研究

模块化多电平变流器(MMC)具有模块化程度高,交流输出电压谐波小,控制灵活等优点。全桥型MMC可以通过闭锁来阻断直流故障电流,具有良好的故障穿越能力。并且单个的全桥型MMC模块可以输出正、负和零三种电平,桥臂具有输出负电压的能力,具有较高的直流电压利用率。由于MMC子模块含有储能电容,启动前必须先对子模块电容充电,否则系统无法平稳安全解锁。通过分析全桥型MMC交流侧充电过程,指出了由不控充电到模块解锁后可控充电产生电流冲击的原因。在此基础上提出全桥型MMC低冲击电流可控充电策略,可使子模块电压在解锁后平滑地上升到额定值。实验验证了提出的控制策略的可行性和有效性。

基于不对称全桥型MMC的船舶永磁电机推进系统仿真

为优化中压推进电机调速性能,利用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为推进电机变频器。采用不对称全桥型子模块拓扑,并设计相应的不对称全桥型MMC电机变频调速系统应用于船舶电推系统。在Matlab/Simulink环境下,分析船舶在不同工况下的螺旋桨工作特性以及不对称全桥型MMC调速性能。仿真结果表明,不对称全桥型MMC应用于船舶推进电机调速系统具有良好的控制精度及动态响应能力,采用分级运行模式对推进系统进行启动、停车以及倒车过程,可以减缓MMC电容电压波动,提高系统工作性能。

用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器

在基于脉冲功率技术的肿瘤治疗方法中,利用双极性脉冲磁场处理的治疗方法具有明显的优势。针对此应用,该文结合模块化全桥型多电平换流器(FB-MMC)拓扑及直线变压器驱动(LTD)拓扑的优势,提出了一种用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器。首先,对该文提出的拓扑结构及原理进行介绍,详细分析了发生器在电感负载下的工作过程;然后,对发生器的硬件电路进行了设计与选型;最后,研制了一台4级全固态双极性LTD型脉冲电流发生器样机并对其进行性能测试。测试结果表明,该发生器可在电感负载下输出±800A的脉冲电流,电流的上升时间为600 ns;发生器的最高工作频率为10 kHz,并具备灵活的波形调制功能,能输出三角波、梯形波及阶梯波等多种波形。

基于级联全桥型直流断路器的直流配电网自适应重合闸方案

柔性直流配电网是配电系统的重要发展方向,可以采用电缆和架空线2种方式组网。鉴于架空线路瞬时性故障多发的特点,基于架空线的柔性直流配电网应配备有效的自适应重合闸方案,以提高供电可靠性。为实现这一目标,从断路器线路端电压与电流的相位差异特征出发,提出一种基于级联全桥型直流断路器控制的自适应重合闸方案。首先,通过断路器转移支路的主动控制产生一定频率的故障检测电压;进而,根据断路器线路端电压电流在对应频率下相位特征的差异,区分瞬时性和永久性故障,并进一步分析了过渡电阻等因素的影响;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了柔性直流配电网模型,验证了所提自适应重合闸方案的可行性和有效性。

小型混动游艇双向全桥型DC-DC变换器MOSFET开路故障诊断方法

针对船舶双向全桥型DC-DC变换器的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开路故障,文章提出一种基于小波包分析和概率神经网络(PNN)的故障诊断方法。首先,选用小波包分析提取故障特征向量并利用主成分分析法(PCA)降维。然后,利用遗传-粒子群算法(GA-PSO)优化PNN参数,使PNN故障分类器状态最优。最后,通过仿真实验,验证该方法适用性。结果表明,该方法可以准确诊断变换器MOSFET开路故障,稳定性和精度较好。

全桥型MMC-HVDC直流侧双极短路故障保护策略研究

随着柔性直流输电技术的快速发展,模块化多电平换流器在直流输电中也得到广泛应用。由于换流器内半桥子模块拓扑结构的缺点,在发生直流侧故障时,不能够产生负电平,所以无法在换流器直流侧输出极间零电压,极度阻碍直流输电的发展前景。研究全桥型模块化多电平换流器的拓扑结构,重点介绍全桥型MMC工作原理和特性,介绍基础的子模块电容电压平衡控制,研究全桥型MMC直流侧双极短路故障情况下的保护策略。最后,通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证全桥子模块换流器能够有效阻断直流侧双极短路故障电流,实现故障电流的快速清除,验证保护策略的有效性。

基于移相全桥DC-DC变换器的城市轨道交通车辆高频充电机软开关实现方法

目的:为了提高城市轨道交通车辆充电机的供电效率和功率密度,基于软开关技术,对PS-FBC(移相全桥DC-DC变换器)在轨道交通车辆高频充电机中的应用进行了研究。方法:分析了PS-FBC电路在3种工作模态下的运行特点,建立了过谐振模态中高频电流与电容电压的时域解析数学模型。基于该模型深入分析了电压极性翻转特性,探究了死区效应下电压极性翻转的触发条件,提出一种死区时间优化设计方法。通过PSIM软件对PS-FBC时域解析数学模型进行了仿真验证。结果及结论:PS-FBC工作在重载且过谐振条件时,将开关频率设置在靠近谐振频率附近,可以避免电压极性翻转现象的发生。通过合理设计开关死区时间,可以改善软开关的工作特性,降低PS-FBC的系统损耗,提高城市轨道交通车辆充电机的供电效率。通过多种工况下的仿真结果,验证了死区时间优化设计方法的有效性。

基于全寿命周期成本的电压暂降治理设备综合配置规划

针对传统电压暂降就地治理方案中容量浪费的问题,提出了一种基于全生命周期成本的治理设备综合配置规划方法。通过建立串、并联型治理设备(以DVR和STATCOM为例)的数学模型,基于电压暂降事件的风险评估,分析比较了串、并联治理设备的治理特点。该方法综合考虑治理方案的投资成本和经济效益,以经济性最优为目标,确定电压暂降治理设备的综合配置。采用IEEE33节点配电网络进行了仿真验证。仿真结果证明,当配网内含有多个敏感负荷时,所提出的综合优化配置方案相对传统的就地治理方案更具经济性。

基于直流供电的大功率高压链式STATCOM的换流链等效试验

±100 Mvar以上的大功率高压链式STATCOM必须进行换流链全功率试验,但是受制于大容量设备的要求,此类试验非常困难。传统的全功率试验是采用2套高压链式STATCOM装置对拖,成本很高,对场地和接入电网的要求严苛。通过全直流供电的方式,采用充电电源和补能电源构建了一种新型的试验平台,可以有效降低对接入电网的要求。在第1条换流链上采用恒电压控制,第2条换流链上采用恒电流控制。首先推导出传递函数,并根据Bode图设计了控制器及其参数。通过Simulink仿真及现场试验,验证了该方案的有效性,为解决高压大容量链式STATCOM的全功率试验提供了一种新的方法。

基于中压直流配电网的MMC调制策略研究

模块化多电平换流器已在直流输电场合得到广泛研究,现今为止已取得不少工程应用。文中介绍了模块化多电平换流器及其子模块的拓扑结构和工作原理。搭建了基于PSCAD/EMTDC的两端模块化多电平换流器仿真系统,实现了两种最常用的调制策略的比较。比较了不同调制方式下两端系统逆变侧输出电压、输出电流、A相桥臂电流及各桥臂子模块的电容电压波动情况。对模块化多电平换流器在中压直流配电网中的工程应用有一定参考价值。

模块化多电平换流器子模块拓扑结构对比分析

模块化多电平换流器型高压直流输电以其独特的技术优势,已成为未来电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC)领域的发展趋势。MMC是未来高压直流输电传输系统的重要组成部分,半桥型子模块、双箝位型子模块和全桥型子模块是MMC三种主要的可选择的子模块拓扑结构。分析了MMC的通用拓扑结构及三种常见子模块的拓扑结构和工作模式,得出了不同子模块结构的特点,最后通过仿真验证了不同子模块拓扑结构的直流故障穿越能力,并对比分析了采用不同子模块拓扑结构MMC的基本特性。

基于星形三角形接线多功能平衡变压器的负序和谐波综合治理系统

基于各种单相用电场合供电系统中普遍存在的负序和谐波问题,提出了一种负序和谐波综合治理系统。该系统由星形三角形接线多功能平衡变压器(可实现三相变两相和三相变三相)、三相全桥型有源功率调节器等组成。系统充分利用了平衡变压器的平衡潜能,使得有源功率调节器的容量得以降低,且电压等级灵活可调,降低了装置成本,可实现负序、谐波和无功的综合治理功能。阐述了系统补偿原理及检测控制方法。对系统在负载不平衡以及负载波动2种工况下进行了仿真和试验研究,结果证明了补偿原理及检测方法的正确性。