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。

基于分数阶超级电容的MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对特高压柔性直流换流站中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压均衡控制策略中存在模块反复投切、电压波动较大等问题,本文围绕分数阶超级电容换流器传输功率与不传输功率两种运行情况进行研究。按照MMC子模块电容电压低于及高于参考设定电压分别进行研究,建立了MMC子模块数学模型,提出了电容电压双闭环控制策略。通过Simulink搭建子模块电容电压均衡控制仿真模型,验证了本文方法对子模块电容电压均衡控制的有效性。

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。

悬浮电容H桥级联七电平逆变器的混合载波频率调制策略

多电平逆变器具有输出电压谐波含量少、开关器件电压应力低、等效开关频率高等优点,广泛应用于新能源发电场合。悬浮电容H桥级联七电平逆变器,因开关频率低、器件数量少、输出电平数量多得到广泛的关注。为了降低损耗,使H桥逆变单元开关管以低开关频率动作,悬浮电容逆变单元开关管以高开关频率动作,但是会引起过调制和悬浮电容电压失控的问题。为解决过调制问题,该文提出基于调制波分解的混合载波频率调制策略,增加过调制区间的调制过程,分解悬浮电容逆变单元超出载波部分的调制波,使H桥逆变单元开关管以低开关频率运行;同时提出基于工作模式切换的有功功率分解控制,详细分析两种工作模式下的稳压控制原理,根据电容电压的状态改变悬浮电容逆变单元有功功率大小,实现不同工况下悬浮电容电压均衡。最后通过仿真和实验验证了所提调制策略的正确性。

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。

超级电容器组件的电压均衡控制电路设计

探讨了串联、并联和混联超级电容器组件的充放电性能,并针对串联超级电容器组件中单体电压的均衡,分析设计了基于buck-boost拓扑结构的主动型电压均衡控制电路。仿真结果表明该电路设计能避免组件中单体过压,使系统贮能量达到最佳。

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。

七电平逆变器电容电压自均衡控制策略研究

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的新型七电平逆变器拓扑,针对此结构提出了一种改进型的同相层叠(in-phase disposition,IPD)载波调制方法。该策略通过调整传统IPD调制载波在正弦调制波周期内水平方向的自由度,减少了半数的载波,大幅降低控制的难度,对其中的两个载波进行周期性互换,从而实现开关电容的电压自均衡。同时以单相七电平逆变器为例,对该结构的效率进行了详细的分析。最后通过搭建相应的Matlab/Simulink仿真和小功率实验平台验证调制方法和拓扑结构的有效性和实用性。

十七电平变换器无悬浮电容电压传感器控制

针对非隔离十七电平变换器悬浮电容电压采样电路设计复杂、传感器体积大,硬件成本高等问题,提出了一种改进型无悬浮电容电压传感器控制方法。首先,对十七电平变换器的拓扑结构及工作原理进行了详细分析,并给出了十七电平单载波脉宽调制(PWM)策略的实现方式。然后,通过实时采样输出相电压与母线电容电压,提出了一种悬浮电容电压估算算法,从而实现了无悬浮电容电压传感器的控制。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性和有效性。

模块化多电平换流器电容电压均衡混合预测控制

提出了一种模块化多电平换流器(module multilevel converter,MMC)子模块电容电压预测均衡控制的混合控制方法。根据子模块工作状态和换流器桥臂电流大小,得到下一动作周期子模块电容电压的预测值;以预测的电容电压绝对误差限值作为电压偏差量判据,得到下一动作周期的子模块投切方案。该方法保证了子模块电容电压的均衡性,同时有效降低了功率器件的开关频率。在PSCAD/EMTDC上构建了11电平MMC系统,仿真结果验证了所提方法的有效性。

模块化多电平变换器型UPFC系统子模块电容电压均衡控制策略

针对基于模块化多电平变换器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)系统存在的功率子模块电容电压不均衡问题,提出了一种改进型的子模块电容电压均衡控制策略。在Matlab/Simulink平台下搭建仿真模型,模拟结果表明:相比于两种传统的子模块电容电压均衡策略,该控制策略不仅能够实现功率子模块电容电压的均衡,还能够降低子模块的开关损耗。

基于快速排序法的MMC电容电压均衡控制策略

随着基于模块化多电平换流器的柔性直流输电工程容量和直流侧电压等级的提高,对子模块电容平衡控制提出了更高的要求。为降低众多子模块均压排序的计算量及MMC开关损耗,提出一种基于分治思想和快速排序算法的改进子模块电容电压均衡控制策略。根据每个控制周期的投切控制指令和桥臂充放电状态,将待投切子模块电容电压值进行两轮分组,然后根据具体投切数量在最小范围内选取与额定电容电压差值较大的子模块进行投切操作,从而避免对所有子模块进行重复排序。最后,通过在PSCAD/EMTDC中搭建MMC模型对本文方法进行了验证,结果表明该策略可以有效减小排序计算量并降低MMC开关损耗。

基于自适应电压悬浮控制开关阵列的主动均衡电路设计

为解决电池单体之间不一致性导致的电池组可用容量下降问题,文章设计了一种模组对单体单向均衡电路。该电路由开关阵列、隔离DC/DC变压器和电池充电管理芯片TP5100组成。该开关阵列采用自适应电压悬浮控制,与传统的基于电磁继电器和光耦固态继电器的电路相比具有成本低,导通电阻小等特点。

采用载波移相调制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的底层控制策略,研究载波移相调制(carrier phase-shift modulation,CPSM)方法及相应的直流电容电压平衡控制策略。首先,以桥臂为单位设计CPSM策略,推导出保证桥臂输出特性不变的约束条件;其次,从理论上分析控制子模块直流电容电压的原理,揭示出桥臂的能量自然平衡状态,进一步提出电容电压的附加平衡控制。在10 kVA实验室样机上进行的稳态和动态实验,验证了所提控制策略的有效性。CPSM结合电容电压附加平衡控制方法,可以使各子模块的开关频率确定,不引起额外的开关损耗,并能够避免计算量过大的问题。

模块化多电平换流器电容电压与环流的控制策略

电容电压控制和环流的抑制一直是模块化多电平换流器(MMC)拓扑研究很重要的一方面,也是制约该拓扑应用于柔性高压直流输电(HVDC)领域的瓶颈。分析了模块化多电平换流器电容电压波动以及环流偶次谐波产生的机理。在排序均压的载波移相调制(CPS-SPWM)策略的基础上,附加了电容电压均衡控制,以抑制电容电压的波动。同时介绍了一种闭环的谐振环流控制器,实现对环流交流成分的抑制。该控制策略结构简单,且适用于单相系统。仿真结果表明,采用上述的控制方法,电容电压的波动和环流都得到很好的抑制,动态结果也很好。

低频率工况下模块化多电平变流器电容电压平衡控制策略

针对应用于高压变频的模块化多电平变流器(MMC)在低频率工况下会出现子模块电容电压波动较大的问题,该文对电容电压波动机理及其抑制控制方法进行了研究。首先,根据MMC的工作原理,设计载波移相调制方法;其次,从理论上分析子模块电容电压波动机理,并在此基础上提出一种适合于低频率工况的电压平衡控制策略;最后,通过仿真验证了控制策略的正确性与有效性。该控制策略可以降低各子模块开关频率,在低频率工况下对子模块电容电压波动有良好的抑制效果。

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。

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。

一种用于轮胎吊节能系统的超级电容器电压均衡策略

针对超级电容器在串联中存在的问题,分析了一种超级电容器电压均衡控制策略的模型,在此基础上提出了一种适用于轮胎吊(Rubber Tyred Gantry Crane简称RTG)节能系统的超级电容器电压均衡方法——主动型电压均衡法,它具有均衡速度快且效率高的特点。在详细分析了该方法的工作原理和完成电压均衡电路的设计后,对超级电容器串联模块进行了仿真分析,结果表明主动型电压均衡法能够有效的避免单体过压,提高了超级电容器的工作可靠性,在超级电容器RTG节能系统中具有较高的实用价值。