超级电容器组多回路均压电路及均衡电容参数识别

针对经典开关电容均压电路能量转移路径单一、均衡效率不高的问题,提出一种基于开关电容法的新型多回路均压电路。基于串联超级电容器组动态电路的零状态响应和非零状态响应进行电路分析,提出可用于多回路均压电路的均衡电容参数识别方法。通过试验表明,多回路均压电路及均衡电容参数识别方法可以显著提高串联超级电容器组的均压效果。

一种低频储能型MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对低频工况下传统MMC子模块电容电压幅值大幅波动的问题,提出一种基于超级电容和双向DC/DC变换器的新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略,采用基于子模块整体能量排序算法的双向DC/DC变换器控制超容储能系统,以维持MMC低频工况下子模块的电容电压稳定。通过MATLAB/Simulink对新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略进行仿真研究,仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制低频工况下子模块电容电压的波动。

新型电压自均衡开关电容多电平逆变器

为了使用更少的器件实现更多的输出电平,同时解决传统多电平逆变器开关器件在高电压下工作时,其电压应力较大,容易损坏的问题,提出一种新型单电源开关电容多电平逆变器拓扑。该开关电容逆变器拓扑通过研究开关电容技术与级联H桥逆变器的结合,采用脉宽调制的方式经过逻辑组合进行调制,实现了高效的电压增益和电平输出。在保证电容电压自均衡的前提下,仅使用单个直流电源输入,产生三倍电压增益的七电平输出。然后,为了进一步拓展该逆变器的应用范围,介绍所提逆变器的扩展结构,并简要分析其工作模式。同时与其他类似拓扑进行对比,证明该拓扑优势。最后为了验证理论分析的正确性,设计了仿真和实验样机,对逆变器的性能进行了详细测试。

基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)的传统均压策略中子模块反复投切和器件损耗大等问题,提出一种基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略。将子模块电容电压利用归并排序算法进行排序,利用电容电压的平均值和不平衡度来设定其投切的最优范围,在允许的子模块电容电压波动阈值范围内,减少系统中子模块不必要的反复投切,减少器件的损耗。建立MMC电容电压均衡策略的仿真模型,验证该策略的有效性和可行性。

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。

基于投切状态矩阵的MMC系统电容电压均衡策略

为了奠定模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)自平衡的理论依据,构建了MMC状态空间模型,证明了MMC电容电压的一致渐进稳定性。研究了MMC电容电压非均衡状态下的静态工作点,揭示了投切状态矩阵的秩和MMC电容电压静态工作点之间的关联。基于投切状态矩阵自平衡理论,针对控制频率较低或子模块数量较多时轮换速度慢的问题,提出了一种基于投切状态矩阵分组轮换的电容电压均衡控制策略,能够有效降低电容电压的波动率。最后,在Matlab/Simulink中搭建了MMC电磁暂态仿真模型,验证了所证结论的正确性和所提方法的有效性。

可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略

低频输电作为一种新型输电技术,在海上风电送出、新能源场站送出等多个场景具有良好的应用前景。但在不对称故障下,故障侧功率不对称将严重影响模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,M3C)的电容电压均衡,对低频输电系统安全稳定运行产生不利影响。为此,提出了一种可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略。首先,介绍M3C的系统结构及双αβ0数学模型,并分析不对称故障下电容电压不均衡的原因。然后,基于双αβ0数学模型针对输电线路不对称故障情况计算桥臂功率不均衡分量的表达式,通过M3C功率平衡关系引入电流补偿分量,消除桥臂功率的不均衡,并得到适用于不对称故障的环流控制目标,进而通过环流控制实现故障下M3C电容电压的均衡。最后,搭建基于M3C的低频输电系统仿真模型验证所提控制方案的可行性和有效性。

基于载波频率切换的SVG电容电压均衡研究

电容电压均衡是链式静止无功发生器(SVG)稳定运行的基本条件,然而广泛应用的单极性倍频载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)策略却是导致电容电压不均衡的重要因素之一,需研究有效抑制电容电压的不均衡策略。首先,分析了电容电压的稳态数学模型和调制策略导致电容电压不均衡的机理。其次,基于减小链节输出低次边带谐波电压幅值的思路,提出了载波频率同步切换策略,仅在换流链电流较小时采用高载波频率。最后,仿真和实验结果表明,载波频率同步切换策略解决了调制策略导致的电容电压不均衡问题,提高了电容电压均衡控制能力,最小运行电流也进一步降低。

基于降损调制技术的全桥MMC电容电压无需排序均衡控制

从降损调制角度出发,引申出必要开关动作和附加开关动作的相关概念,并在此基础上提出了无需排序的电容电压均衡控制思想。分析了全桥MMC通态损耗、必要开关损耗和附加开关损耗与其运行模式及开关动作方式的关联性。结合损耗关联性以及电容电压波动尽量小的原则,指定了必要开关动作方式和附加开关动作方式选择判断的依据,最后,给出了2种全桥MMC下无需排序的电容电压均衡控制策略。通过在PSCAD/EMTDC下搭建仿真模型,验证了所提出的策略能够满足系统静态和动态运行的要求,并且能够大幅度降低开关频率。

基于三次谐波电流注入的AAMC电容电压均衡策略

介绍了新型桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的拓扑结构和基本原理。该拓扑包括两个关键部分,即由绝缘栅双极型晶体管串联组成的导通开关和全桥子模块级联而成的整形电路。拓扑结构具有模块数量少、无环流、可处理直流故障等优点,但电容电压平衡是其亟待解决的难点之一。为解决该问题,提出了采用三次谐波电流注入以实现电容电压均衡的具体策略。具体实现过程分为两步:首先,通过换流变压器阀侧中性点和直流侧分裂电容构成能量回馈通路,然后设计了开环控制器控制三次谐波电流大小来保证整形电路总体能量变化均衡;其次,利用改进载波移相调制方法,对整形电路内部子模块进行能量再分配,该方法根据调制波与参考波比较得到需要投入模块的数量,并基于电流和模块电压监测结果触发相应的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上建立了每桥臂10个子模块的AAMC模型,仿真结果验证本文所提电容电压均衡策略的有效性。

基于变基准值比较的MMC电容电压优化均衡控制策略

模块化多电平换流器的子模块电容电压均衡是其稳定运行的关键,传统电容电压均衡策略计算量大,器件平均开关频率高。提出一种基于变基准值比较的电容电压优化均衡控制策略,由最近电平逼近调制计算出当前投入模块的数目,并根据投入模块个数调节基准值,以此基准值为分界点将子模块电容电压序列分为两组,采用随机置乱算法对组内元素排序,根据桥臂电流方向,确定组间排序先后次序,最终确定投入模块信息。同时,通过电容电压优化函数选取合适的电容电压允许偏差阈值及调节因子,实现对器件平均开关频率和电容电压一致性的优化控制;在MATLAB/Simulink中搭建基于MMC的三相逆变器仿真模型,验证所提策略在取得良好均压效果的前提下,降低计算量,同时降低器件平均开关频率。

模块化多电平换流器的电容电压均衡优化控制策略

针对传统模块化多电平换流器(MMC)电容电压均衡策略计算量大、开关频率高的问题,提出一种优化的电容电压均衡控制策略,以待排子模块电容电压序列的中位值作为基准值,进行比较递归得到投入组与切除组模块信息,减少排序过程的比较次数;同时,设置子模块电容电压离散度阈值,在子模块电容电压一致性允许的前提下减少子模块非必要的频繁投切,降低开关频率。最后,在Matlab/Simulink中搭建MMC仿真模型,验证所提策略的可行性和有效性。

基于电荷刷新的二极管箝位型多电平逆变器电容电压均衡控制

提出了一种新颖的二极管箝位型多电平逆变器电容电压均衡控制方法:通过一个均衡电容在一个采样周期内与箝位电容的轮换并联,将电压较高的电容上的电荷,注入到电压较低的电容上,实现电荷的动态刷新,保证各箝位电容电压的基本平衡。该方法所需的硬件电路简单,不增加调制算法的复杂性,且对任意电平具有通用性。不同负载状态下的仿真研究结果证明了该方法的有效性。

交流不对称工况下MMC环流抑制与电容电压均衡协调控制策略

交流电网不对称工况下,模块化多电平换流器传统环流抑制及电容电压均衡控制策略虽将2倍频环流有效抑制、桥臂内部子模块能量得到平衡,但由于三相桥臂电压仍不对称,换流器损耗问题未明显改善.针对该问题,文中提出了一种环流抑制与电容电压均衡协调控制策略,考虑相间及同相上、下桥臂间能量转移问题,在传统2倍频环流抑制基础上增加直流环流、基频交流环流控制环节,并将其与电容电压均衡控制策略相互协调,以减小桥臂间的环流,达到降低换流器损耗的目的.通过在PSCAD中搭建77电平MMC-HVDC系统将所提协调控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析,结果表明该策略在交流电网不对称工况下对桥臂电压平衡及环流抑制效果远优于传统控制策略.

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)传统子模块(sub-module,SM)均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。

MMC电容电压均衡控制系统设计及实现

保持子模块的电容电压均衡是MMC安全可靠运行的首要控制任务之一。为了简化SVM算法,利用两电平移相空间矢量调制算法实现MMC的多电平调制,假设MMC拓扑上同一级的三个半桥子模块构成一个等效的三相子模块,在α′-β′坐标系上对三相子模块进行两电平SVM调制,相邻三相子模块的参考电压采样信号移相Δθ。为了实现子模块的电容电压均衡控制,采用循环分配PWM信号的方法。并以一个桥臂级联5个半桥子模块的电路模型为例,设计控制系统,并完成实验。实验结果表明所提出的方法以及设计的系统成功实现了电容电压均衡控制,达到了预期的效果。

适用于含大量子模块的MMC快速电容电压均衡策略

对于含大量子模块的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)而言,基于实时排序的传统电容电压均衡策略计算量大,降低了控制器的响应特性。为此,提出一种寻k值均衡方法,根据五分化中项的中项原则,确定处于投入和切除零界状态的模块电压大小,通过一轮比较处理从而获得需要投入和切除的模块编号信息,避免每个控制周期对桥臂模块电压的全排序操作且不会降低电容电压的控制精度。进一步,对寻k值均衡方法设定最大模块电压偏差允许值,减少器件不必要的反复投切。最后在PSCAD/EMTDC中搭建MMC模型,仿真结果表明所提出的改进策略能够以较低的计算量实现电压均衡,提高仿真运行速度,设定最大电压偏差允许值能够显著降低器件开关频率。

模块化多电平换流器电容电压均衡控制策略研究

模块化多电平换流器(MMC)中各个子模块的电容电压均衡问题亟待解决。在分析MMC拓扑结构及其工作原理的基础上,结合载波移相调制方法,提出了一种基于PI控制器的电压均衡控制策略。该策略包括平衡电容电压和抑制桥臂环流两部分,通过调整调制信号的波形,进而改变各个电容的充放电时间,使电容电压保持一致并跟踪其给定值。该控制策略无需对所测得的电容电压进行排序,减少了IGBT的开关频率,大大降低了系统损耗。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上对MMC系统进行验证,结果表明控制策略正确有效。

基于改进冒泡排序的模块化多电平换流器电容电压均衡策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)子模块电容电压均衡是当前MMC研究领域的热点问题。当MMC的单个桥臂子模块数量较多时,存在控制器运算时间长、子模块投切频繁和开关损耗大并导致MMC故障等缺陷。针对上述缺陷,提出了一种基于改进冒泡排序算法和平均值法混合控制策略。通过实时监测电容电压,采用改进冒泡法在初始化时对子模块电容电压进行排序,减少MMC控制器的运算量。在之后的控制周期采用已投入子模块平均值比较法对子模块作投切,降低开关频率。最后在Matlab/Simulink搭建21电平MMC模型,仿真结果验证了所提混合控制策略的有效性和正确性。

基于桥臂电流控制的MMC改进电容电压均衡控制策略研究

子模块是模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)交直流之间能量交互的缓冲环节,在稳态、暂态下子模块电容电压保持均衡对于MMC不间断运行至关重要。首先,分析电网故障对无变压器MMC内部动态特性以及对交直流侧电压电流的影响。其次,为了提升MMC电容电压控制性能,提出一种基于桥臂电流控制的MMC改进的四层结构子模块电容电压均衡控制策略,包括子模块全局电容电压平均值控制、相间电容电压平衡控制、上下桥臂电容电压平衡控制和桥臂内子模块电容电压平衡控制,由此得到内环桥臂电流控制的电流指令值。最后,通过仿真研究和样机实验验证所提控制策略的可行性和有效性。结果表明:所提的控制策略在交流电网不对称故障和直流极对极短路故障下均能保持MMC子模块电容电压的均衡,并有效地消除交流侧谐波电流和桥臂内部的正序、负序及零序交流环流。