柔性直流输电用子模块电容器电容值在线获取方法

针对柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)子模块电容器常常会老化失效,威胁系统安全的问题,以监测MMC子模块电容器状态为目标,提出了一种采用自适应滤波器的柔性直流输电用子模块电容器电容值的在线获取方法。首先,利用实时反馈到控制系统的子模块电压和桥臂电流信息,基于离散化处理后的电容器电压、电流以及电容值的关系,实时计算得到电容器电容值;然后,引入自适应滤波技术滤除计算结果的噪声,得到最终电容值的计算结果。利用Simulink仿真平台和阀段试验平台实测数据对所提计算方法进行了验证。验证结果表明,最终的电容值计算结果始终稳定在真值附近,当电压电流测量的不确定度小于1%时,可以保证计算结果误差小于0.5%,能够满足子模块电容器状态监测的需求。

MMC-HVDC模块电容器预充电策略及仿真分析

基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)起动时需要对换流器中的模块电容器采取合适的预充电策略以限制其过充电流和过充电压,并将电容器电压较快地充电到额定值。在研究模块化多电平换流器拓扑结构的基础上,分析了MMC中子模块电容器的充电特点,根据IGBT的工作状态,提出了IGBT不可控和IGBT可控的两个阶段对子模块电容进行预充电的策略,并进行了仿真验证,结果表明所提出的充电方法是正确的,对实际工程具有一定的指导意义。

混合MMC子模块电容电压波动耦合抑制策略

降低模块化多电平换流器(Multilevel Modular Converter,MMC)中子模块电容电压纹波幅值,能够降低电容器容值、体积设计要求从而降低经济成本,具有一定的工程研究意义。混合MMC由半桥以及全桥子模块构成,因其具备直流故障无闭锁穿越能力,已成为当前的研究热点。首先建立二倍频环流和三倍频电压混合注入的MMC数学模型,给出二倍频环流和三倍频电压注入约束范围。在此基础上,通过分析桥臂瞬时功率基频、二倍频波动分量的通用抑制策略,进一步给出了基频和二倍频波动分量同时抑制的理论最优解。由于注入量的限制,不同工况下的解状态不同,因此提出基于工况判断的子模块电容电压波动分区抑制方法,注入量的最优选取不受限于具体调制比。最后在PSCAD/EMTDC中搭建双端混合MMC模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提优化方法的有效性。

降低MMC子模块电容电压纹波幅值的方法综述

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)将在直流电网的发展中发挥重要作用,通过控制和拓扑的方式降低MMC中子模块电容电压纹波幅值,有望降低对模块电容器容值、体积、成本的需求,是实现直流系统换流器轻型化设计的必由之路。该文首先分析MMC中子模块电容电压的波动产生机理,揭示电压波动与相间环流的耦合作用机理;其次,对国内外学者在降低MMC电容电压纹波幅值方面的研究现状进行分类阐述,指出附加控制方法和改进拓扑方案各自的优缺点。最后,对MMC轻型化设计研究领域未来的研究方向进行展望,指出附加控制方案更具工程实用价值,为最大化降低电容电压纹波幅值,需要对不同的拓扑和控制类方案进行联合使用。

采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块电容的电容电压波动使得电容值难以降低,阻碍了MMC换流阀轻型化的发展。在考虑了2次和4次相间环流的基础上,分析了子模块电容电压与桥臂电流相互影响的机理。为了降低子模块电容电压的波动水平,提出了一种以子模块形式分段投切桥臂电抗器的降容方法。分析了子模块电容电压波动的产生机理,分析了电抗子模块分段投切降容方法的原理,并设计了相应的控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)模型,验证了所提降容策略的有效性,并与现有的环流抑制策略进行了对比分析。

MMC子模块设备老化机理与状态监测研究综述

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是柔性直流输电的核心装置,其安全稳定运行对多端柔性直流输电系统的安全具有重要意义。MMC中重要功率设备绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)和金属化聚丙烯薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF-Cap)在长期运行过程中逐渐老化,出现内部结构的异常,引起运行特y性参数一定趋势的改变,其工作性能劣化将影响MMC的运行性能。文中总结了国内外关于MMC子模块设备IGBT和MPPF-Cap的老化机理和状态监测方法的研究现状,介绍现有的结合MMC拓扑结构与运行特性的子模块电容器状态监测方法,并展望了MMC子模块设备状态监测与评估领域未来的研究方向。

不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。

采用卡尔曼滤波算法的模块化多电平换流器电容值在线估计方法

为预防模块化多电平换流器中子模块电容器老化失效而引发系统安全问题,提出一种模块化多电平换流器子模块电容器电容值在线估计方法.首先,采用卡尔曼滤波滤除传感器采集桥臂信息存在的测量噪声;然后,利用传感器监测桥臂电流和子模块电压信息并对其进行离散化处理,建立电容、电压及电流的数学模型,实时估计子模块电容值的情况;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建8电平系统进行仿真验证.结果表明,所提出的方法稳态时估计误差在1%以内,能够实现在线估计,有利于预测性防护,提高系统的可靠性.

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。

采用桥臂电抗投切控制的MMC降电容运行方法

随着柔性直流输电技术的发展,换流阀轻型化的需求日益迫切,对子模块电容电压纹波幅值的要求决定了电容值的降低比较困难,是影响换流阀轻型化的关键因素之一。根据基频、二倍频分量在子模块电容电压波动中占主导的特点,提出一种通过控制桥臂电抗值的方式降低子模块电容电压波动的策略。设计了桥臂电抗投切电路和投切控制策略,并从数学原理上对比分析了所提策略与现有环流抑制控制策略的不同之处与优势。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端直流输电模型,验证了所提降容策略的有效性。最后从经济性角度对所提策略及现有环流抑制策略进行了对比分析,表明所提策略具有良好的经济性。

混合MMC电容电压波动差异机理及抑制策略

降低模块化多电平换流器(MMC)中子模块电容电压纹波幅值,有望降低对子模块电容器容值、体积、成本的需求,具有重要的研究价值。文中首先分析了混合MMC过调制下半桥子模块与全桥子模块的电容电压波动特性以及两种子模块间的波动差异产生机理,确定波动差异对应的能量积累区间。然后分类讨论三次谐波电压注入后桥臂参考电压的极值点分布和过零点分布,建立三次谐波电压注入系数、调制比与波动差异抑制能力的关系。在此基础上,以减少半桥子模块与全桥子模块电容能量积累差异为目标,对三次谐波电压注入量进行优化设计,提出了基于三次谐波注入优化的子模块电容电压波动差异抑制策略,并给出电容容值降低的计算示例。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双端混合MMC模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

模块化多电平换流器操作过电压分析

模块化多电平换流器(MMC)是高压大容量柔性直流(VSC-HVDC)输电工程的核心,换流器设备的参数设计和型式试验需要基于其暂态过电压的分析结果。为此,提出了模块化多电平换流器的操作过电压计算模型。基于±500 k V柔性直流输电工程的系统参数,研究了模块化多电平换流器设备的设计参数对操作过电压的影响,包括避雷器、桥臂电抗器和子模块储能电容器。结果表明:对于模块化多电平换流器,操作过电压分析中起决定作用的故障工况是换流器交流出口单相接地故障、换流器直流出口单极接地故障、和换流器交流出口相间短路故障;避雷器的荷电率增加时,模块化多电平换流器交流侧相对地、直流侧极对地和桥臂端间的最大操作过电压幅值降低;桥臂电抗器的电感值增加时,模块化多电平换流器的交流侧相对地最大操作过电压幅值降低;子模块储能电容器的电容值增加时,模块化多电平换流器直流侧极对地最大操作过电压幅值增加。研究结果可为柔性直流输电工程换流器的设计和试验提供参考。