新型单级航空静止变流器模块

提出了一种半桥电流源高频链逆变电路拓扑 ,介绍了它的工作原理 ,并将该技术用于实现航空静止变流器模块 ,给出了参数设计及器件选择。实验结果证明该电路在不同性质负载下能够可靠地工作。

模块化多电平变流器模块电压纹波抑制策略及应用

降低子模块电容电压波动可以减少模块化多电平变流器系统成本、延长运行寿命。首先利用数值计算方法分析传统环流抑制策略对纹波抑制的原因,再通过模块瞬时功率波动表征子模块波动状态,以功率波动最低的目标计算出特定的环流量控制最优解来抑制模块电容波动。再根据计算出的电流瞬时值表达式,分析不同调制比及功率因数角对抑制纹波效果的影响。最后通过Matlab仿真系统及RT-Lab半实物样机平台在载波移相及最近电平逼近两种调制方式下对纹波抑制策略进行验证,分析了功率因数对抑制效果的影响,比较了传统环流抑制及瞬时电流注入对电容纹波的效果,验证其在特定工况下对两种调制方法的适用性。

参考波为梯形波的模块化多电平变流器模块电容电压均压策略

模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率直流领域得到了广泛的认可和应用,同时高频化能够减小设备的重量和体积,对MMC变流器桥臂参考电压为中高频梯形波时的模块电容电压均压策略进行分析。首先分析了梯形参考波的选取和应用场合。其次,针对梯形波提出一种模块电容电压均压策略:在桥臂电压上升和下降阶段采取预先排序的方式,减少了一个基波周期内的开通关断次数,同时降低了控制硬件的要求。另外,针对桥臂之间模块电压不均衡的情况,对桥臂参考电压平顶期进行修正,在上下桥臂之间建立通信,根据上下桥臂模块电容电压平均值的大小决定桥臂参考电压平顶期的实际导通个数。此外,根据梯形波和变换器的特点,分析了抑制谐波的策略。最后在PSIM中对所提出的方法进行建模仿真,结果表明:桥臂之间和桥臂内部的模块电容电压实现了均压,与传统的正弦波的调制方法相比,开关频率大大减小,且回路中3次谐波和5次谐波电流分量几乎为0。

大功率变流器模块主电路杂散电感分析

基于IGBT逆变电路建立了主电路中带杂散电感的拓扑图,分析了杂散电感在电路换流过程中产生的影响,经对比计算,验证了大功率变流器模块使用叠层母排的可靠性,并通过有限元仿真分析了影响叠层母排电感值的一些因素,为IGBT大功率变流器模块的电路结构设计及其后期优化设计提供参考。

机车变流器模块实测随机振动试验规范研究

为考核机车变流器模块抵抗环境振动的能力,需要按标准GB/T 21563—2008中的1类B级量级进行随机振动试验,而该标准是根据欧洲铁路大量实测数据统计归纳得出的,与我国机车实际振动环境存在差异。对机车变流器模块在京广线和兰新线上进行实测、归纳和计算,得到了随机振动PSD曲线和加速度均方根值,并证明与标准的谱型和量级均具有一定差异性。

IGBT变流器模块试验装置的研制

针对变流器模块的测试要求,研究开发了一种用于变流器模块进行功能考核的试验设备,对该试验装置的硬件架构、工作原理、主要功能及软件设计等进行了说明。运用该试验装置可对变流器模块在低压工况、大功率工况下的工作状态进行考核。

变流器模块斩波试验方法的应用与探讨

基于工作实践,主要介绍了两类适用于生产现场的常用变流器模块斩波试验方法,即持续斩波试验和电容充电斩波试验,并对其优缺点进行了对比分析。着重阐述了电容充电斩波试验中根据产品电路结构特点而采用的两电平模式和三电平模式。

大功率试验台用高压IGBT变流器模块研制

高压IGBT变流器模块采用电路及元器件一体化设计,其叠层母排和散热器成为模块设计的难点。文章基于大功率试验台基本电路拓扑结构对高压IGBT变流器模块主电路及关键器件选型进行研究,采用有限元仿真分析了其叠层母排的设计,并通过试验验证了其水冷散热器的设计满足应用要求。

模块化多电平变流器IGBT开路故障诊断与定位方法综述

随着模块化多电平变流器(modularmultilevel converter,MMC)在工程领域中广泛应用,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)开路故障问题日益突出,并成为制约其稳定运行的主要因素。IGBT开路故障诊断与定位方法作为及时识别开路故障,保证MMC持续稳定运行的主要手段而被广泛研究。文中首先对MMC的基本结构及IGBT开路故障特征进行介绍和分析,阐明故障子模块电流路径及电容电压变化趋势;其次,以定位故障IGBT使用的方法和手段为依据,对国内外相关主要文献进行分类和归纳,总结不同类型故障诊断方法的优点和不足;最后,对MMC开路故障诊断与定位方法的未来发展方向和趋势进行展望,指出基于硬件、基于模型和基于人工智能的3类诊断方案分别在降低硬件复杂度、提高故障诊断准确率和降低计算量等方面应该重点解决的主要问题和思路。

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。

面向高压电机驱动的模块化多电平变流器低频控制研究

为了解决模块化多电平变换器(MMC)在低频工况下的子模块电压波动大的问题,提出了一种基于类两电平调制的低频控制方法,大大降低了低频运行下的子模块直流电压纹波。首先在桥臂能量波动基础上分析了MMC子模块电压波动机理,然后引入中频自由控制变量来进行补偿控制,推导了注入的中频电压和电流大小的公式,并详细介绍了控制方法的具体实现方式,最终通过对比实验验证了该方法的可行性和有效性。

MMC变流器的无差拍电流预测控制器研究与设计

为了提高模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)的稳定性与动态性能,实现环流抑制,提出基于交流电流和环流双目标调节的无差拍控制。通过MMC单相等效电路的动态方程,设计MMC交流电流分量以及环流分量的无差拍电流预测控制器,并针对实际控制存在的时延问题进行理论分析提出改进措施。通过搭建无差拍控制下模块化多电平变流器的十电平Simulink仿真模型,验证控制策略的有效性。结果表明:通过无差拍控制可以显著提高模块化多电平变流器的稳态和动态性能,且达到环流抑制和均压的目的。

柔性直流输电系统中模块化多电平变流器的直流侧充电策略分析

本文首先对柔性直流输电系统中的模块化多电平变流器的充电方式进行了分析。当柔性直流输电系统连接无源负载时受端站就需要通过直流侧进行充电。本文通过推导模块化多电平变流器直流侧数学模型得出直流侧充电必然存在过充现象。为了抑制过充电压幅值,本文提出了一种直流侧可控充电策略。并根据模块化多电平变流器本身的限制条件推导出充电系数的取值公式。同时,分析了充电电流的变化过程并根据数学模型计算得到充电电流的最大值,为模块化多电平变流器充电系统的设计提供了理论依据。最后,通过实验验证了本文提出的充电策略的可行性和有效性。

模块化多电平变流器HVDC输电系统控制策略

建立模块化多电平变流器(modular multilevelconverters,MMC)的电磁暂态数学模型以及采用MMC为变流器的高压直流输电系统(high voltage direct current,HVDC)直流侧电压的动态数学模型。在此基础上,分析HVDC系统的直流侧电压动态特性,给出HVDC控制器参数协调设计原则和算法。最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果证明了所提出的HVDC控制系统参数协调设计原则和算法的正确性。

基于改进均压算法的模块化多电平变流器开关频率分析

以一种优化的最大电压偏差均压方法为基础,推导出模块化多电平变流器(MMC)平均开关频率的解析表达式,并分析了影响MMC开关频率的因素,对MMC损耗计算和散热设计具有一定的指导意义。在Matlab/Simulink平台上建立46电平的单相MMC模型,并进行仿真,最后搭建了9电平单相MMC实验样机,实验结果验证了所得结论的正确性。

混合型模块化多电平变流器电容优化设计

在基于电压源型换流器的柔性高压直流输电(voltage sourced converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)场合,由半桥和全桥子模块构成的混合型模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)因具备直流短路故障自清除能力,引起了广泛的研究。而大容量MMC子模块电容的质量、体积大,成本较高,逐渐成为其取得更广泛应用的限制因素。分析并建立了混合型MMC子模块电容电压基频纹波系数与桥臂负电压以及功率因数之间的函数关系。根据该函数,提出一种混合型MMC的参数设计方法使子模块电容最小,在提高MMC功率密度的同时降低了子模块的成本和体积。同时,对比传统的桥臂参考电压始终为正的混合型MMC,在直流电压和桥臂电流有效值相等的情况下,建立了桥臂参考电压存在负电压的混合型MMC的功率传输特性函数,并求出了函数的最优解。最后,通过±160 kV混合型MMC的对比仿真验证了所提设计方法的正确性和有效性。

超导储能系统用多模块电流型变流器载波轮换均流方法

采用载波相移SPWM控制的超导储能系统用多模块直接并联电流型变流器,传统上采用单独调节各个模块调制信号参数的方法实现直流侧均流,但却使交流侧谐波恶化。该文将相移的载波在各个模块间轮换以实现均流,并选择最优的轮换时刻以减少附加的开关操作,通过仿真和实验证明:载波轮换可以在不单独调节各个模块的调制信号参数的情况下实现直流侧均流,交流侧总电流谐波比采用传统均流方法时明显减小,载波轮换导致的附加开关操作次数不显著。

基于零序电压注入的模块化多电平变流器故障容错控制

随着模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率电能变换领域的应用日渐增多,其故障带来的损失将显著增加。为了解决上述问题,文中提出了一种针对三相三线制系统的MMC容错控制策略。利用电容电压冗余排序方法克服普通载波层叠脉宽调制方法所固有的功率不均衡;在详细阐述不同容错控制方案的基础上,提出零序电压注入方法,以保证线电压恒定为基本思路,对超出临界电压区间的调制波进行重构,使MMC具有可靠的故障穿越能力。最后,以一台4.5kVA的三相MMC样机为例进行了实验验证,实验结果验证了所述方案的正确性和可行性。

模块化多电平变流器开环环流抑制策略的渐进稳定性分析

模块化多电平变流器相间环流的存在使得桥臂电流产生畸变,一方面增加了变流器的损耗,另一方面对功率器件的安全工作范围也提出了更高的要求。本文从两个方面分析了开环环流抑制策略的渐进稳定性。首先证明了开环环流抑制策略的基本原理,并在此基础上提出开环环流抑制的一般原理,为模块化多电平变流器开环环流抑制的系统设计提供了理论依据。其次,相比实现起来更为简单的实际值调制环流抑制方法,本文的基于桥臂能量的开环环流抑制策略具有模块电容电压自平衡的特性,无需施加额外的控制;同时,从理论上证明了该开环环流抑制策略具备在不平衡条件下电容电压自平衡的特性,从而证明了该方法的渐近稳定性。最后,通过仿真验证了基于桥臂能量的开环环流抑制方法的稳定性和其模块电容电压自平衡特性的正确性。

不平衡交流电网模块化多电平变流器特性分析及环流抑制方法

高压直流输电系统中的模块化多电平变流器的安全稳定运行是当前的研究热点。当交流侧出现不平衡时,通常需要对环流及直流侧脉动分别进行控制。因此,针对不平衡交流电网的情况,首先利用桥臂瞬时功率方程分析直流侧波动状态;其次,再通过不平衡下的调制函数及子模块端口电压方程,推导出整个桥臂模块电压波动表达式及环流表达式。分析得到正、负、零序2倍频波动分量贯穿桥臂,以此提出一种无需正负序分离和坐标变换的分相控制的环流抑制策略,以同时消除桥臂环流及直流电流的脉动。最终,通过傅里叶分析对不平衡下的系统特性进行了验证,并利用Matlab及实验平台对所提出的控制策略进行了仿真和实验验证。