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。

MMC子模块电容电压改进控制方法的研究

介绍了模块化多电平换流器电容电压测量及均压原理,指出传统的电容电压控制下,当桥臂子模块数目过于庞大时,电压传输信号较多,增加了控制器设计难度。针对这一问题,提出了一种改进的电容电压测量方法,该方法中参与控制的电压信号数量仅为传统测量方法的一半,有利于降低控制系统的设计难度,减轻控制器工作负担。首先详细介绍了电容电压改进控制方法下的模块拓扑结构和电压测量原理,然后在此基础上,设计了改进电容电压排序算法,减少传统排序过程中不必要的运算量,在数据处理过程中进一步优化控制器运算,保证换流器稳定运行。最后搭建了仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。

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。

一种超级电容电压均衡策略

由于传统储能技术作为电能利用的重要环节之一存在应用条件较窄、瞬时功率小和循环寿命短等缺点,而超级电容具有功率密度大、充电时间快、使用寿命长、绿色环保等特性,成为新型储能装置的重要器件之一。以超级电容储能系统为研究对象,针对超级电容组充放电时单体间的电压不一致问题,设计了一种能量转移型超级电容单体间电压均衡策略,通过软件仿真和实验测试验证了理论的可行性,为超级电容组的使用提供了一种方案。

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。

改进子模块电压均衡控制的模块化多电平逆变器控制策略

针对模块化多电平逆变器(MMC)子模块电容电压的稳定情况将直接影响其工作性能的特点,对已有的MMC子模块均压控制策略进行改进,在四模块单相MMC基础上利用仿真软件Matlab/Simulink进行了仿真,并在以TMS320F2812为核心的控制平台上进行了实验验证,仿真及实验结果证实了改进子模块电压均衡控制策略的有效性和准确性。

基于Crowbar串联电容的双馈风机低电压穿越综合控制策略

针对双馈感应风力发电机（double fed induction generator,DFIG）低电压穿越问题,该文对基于撬棒保护的DFIG暂态特性进行分析,在此基础上利用叠加原理推导出转子短路电流表达式;为克服传统撬棒保护的不足,提出一种电阻与电容串联的改进Crowbar电路结构,并以抑制故障期间转子浪涌电流为目的给出串联电容值的整定方法,使其更有效的抑制转子过电流,且利用电容发出无功的特性减小故障期间DFIG从电网吸收的无功功率;综合考虑故障期间机组的无功需求,对网侧换流器进行控制策略改进,使其在维持直流母线电压稳定的同时能够为系统提供一定的无功支撑。仿真结果验证了所提Crowbar串联电容的DFIG低电压穿越综合控制策略的有效性。

基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究一种基于多模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统,该系统可有助于减小超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。超级电容组间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。对超级电容组的均压控制和储能系统能量管理策略进行分析和设计。利用双向变换器的小信号模型分析超级电容储能系统电流控制与超级电容组间均压控制的关系,设计多模块多电平双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制网侧电感电流的同时实现超级电容组间电压均衡的解耦控制。进一步,根据母线电压变化及超级电容荷电水平(state of charge,SOC)提出储能系统能量控制策略。系统仿真和实验验证了所提出的基于MMC双向变换器的超级电容储能系统控制策略的有效性。

超级电容器均衡方案设计综述

综述了各种串联超级电容器组的电压均衡技术,并总结了常见均衡控制策略,从拓扑结构、均衡速度、均衡效率、成本、复杂性、控制策略等角度对比总结了多种均衡技术的特点。基于Matlab/Simulink仿真研究了几种典型均衡方案的性能,为超级电容器储能系统均衡方案的设计提供了参考。分析了超级电容器在实际应用场合中的工作特点和适合的均衡方案,并通过对超级电容器均衡技术研究现状的总结,展望了未来超级电容器均衡管理系统值得深入探索的方向。

基于负直流电压控制的MMC快速无闭锁故障穿越策略

传统半桥子模块无法阻断直流短路电流,基于新型子模块的闭锁式故障穿越策略则存在换流器不可控、系统重启过程复杂等缺点,降低了模块化多电平换流器的可靠性。为此提出了一种基于负直流电压控制的无闭锁故障穿越策略,在直流侧短路后通过调制波下移将直流电压控制为负值,从而实现直流故障电流的快速清除。此外,针对无闭锁故障穿越过程中输出正负电平子模块之间电容电压不均衡的问题,提出了双排序控制算法以实现电容电压的快速均衡,同时设计了从故障发生至换流器重启整个过程中系统的无闭锁故障穿越流程。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,基于负直流电压控制的无闭锁穿越策略可快速阻断直流故障电流,在此过程中子模块电容电压保持均衡,可实现换流器的快速重启。

基于故障清除专用自阻模块的改进型MMC运行控制策略

为解决传统半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)的直流故障清除问题,在传统HB-MMC的每个桥臂上分别增加了一个全桥结构的故障清除专用自阻模块,并通过合理的控制方法实现其稳态运行时电容电压波动情况的优化及直流故障时交流侧三相短路点的主动制造,从而实现改进型MMC稳态时的高效运行与基于无断流能力隔离开关对直流故障的清除。相比于传统的混合型MMC,改进型MMC不仅保留了直流故障快速清除的能力,同时在构建成本与运行损耗方面具有明显优势。基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提结构与控制策略的正确性与有效性。

基于BP神经网络的MMC电容电压控制研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型的电压源换流器,被广泛应用于直流输电领域。电容的电压平衡问题在MMC中非常重要,随着MMC子模块个数的增多,电容电压的平衡变得越来越困难。本文提出了一种基于BP-PID的双闭环控制策略,通过控制调制波来控制子模块的工作状态,用于解决MMC子模块电容电压不平衡的问题。本文在Matlab/Simulink中搭建了MMC仿真模型,仿真结果表明:所提出的双闭环控制策略可以有效解决MMC子模块电容电压不平衡的问题,并且该方法不需要进行电容电压排序,在实际应用中更为简单便捷。

模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交流侧输出电流。推导了MMC离散数学模型,并构建无权重因子的代价函数,通过计算实际电流与参考电流包围的最小面积重新定义同一周期内两阶段开关信号的占空比,并引入一种附加冗余子模块的方法抑制桥臂环流,接着提出一种败者树多路归并排序算法均衡电容电压。在MATLAB/Simulink平台搭建三相23电平MMC仿真模型验证该策略的有效性。相比于两段式模型预测控制,所提策略的交流侧输出电流跟踪更加精准,谐波畸变率更小。

适合高输入电压的高频隔离逆变器

不带变压器的逆变器缺少电气隔离,安全程度较低。将高频隔离环节引入多电平逆变器,在具备输出电压质量高、开关管电压应力低等多电平逆变器优点的同时,实现高频电气隔离,提高安全程度,因此适用于较高输入电压的应用场合。对此,文中提出一种高频隔离九电平逆变拓扑,分析该拓扑的工作模态,设计多重载波调制策略,研究直流侧电容电压与母线电流间存在的关系,并据此设计出对电容电压存在相反影响的2种开关序列,给出直流侧电容电压均衡策略。最后,在Power Simulation中搭建仿真模型,并制作1 kVA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的正确性和可行性。

一种新型模块化多电平换流器调制策略研究

介绍了适用于轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构及原理,并提出一种适用于MMC的新型移相载波调制策略(CPS-SPWM)。基于MMC的能量均衡和电压平衡问题,还提出了和调制策略相协调的电容电压均衡控制方法,最后通过Matlab/Simulink搭建了MMC仿真模型,结果证明所提出的控制方法可以有效地平衡换流器子模块的电容电压,并且保证MMC外部输出良好的交流电压和电流。

一种改进式三电平逆变器SVPWM控制技术研究

在介绍三电平逆变器基础上,研究了三电平逆变器空间电压矢量(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)控制,分析了三电平逆变器电压矢量分布情况和直流侧电容中点电位偏移原因。根据SVPWM控制规律,提出了一种基于矢量合成抑制中点电位偏移的SVPWM方法:利用合成矢量在采用周期内向中点注入电流为零,实现中点电位平衡。通过仿真分析,验证了抑制中点电位偏移控制策略的实用性和可行性。实验证明,三电平逆变器中点电位偏移能够被有效抑制,并且具有输出谐波含量低、输出波形好的特性,适合应用于高压大功率变流系统。

新型四电容组合的半桥MMC子模块拓扑

随着模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电工程的广泛应用,架空线路的直流侧短路故障频发,如何快速清除故障电流成为柔直工程中亟待解决的关键问题之一。传统的半桥子模块拓扑缺乏对直流侧故障清除的能力,而全桥子模块拓扑可以通过输出负电平来清除故障电流,但是其投资成本较高。基于此,在半桥子模块的基础上,提出了一种四电容组合的半桥子模块(four capacitor combined half bridge sub-module,FCC-HBSM)拓扑。FCC-HBSM通过4个半桥级联组成一个四电容的子模块,不仅可以快速有效地清除直流故障电流,还能够自均衡故障前后的电容电压。并且,相较于一些其他改进型子模块拓扑,所提子模块拓扑具有更简单的控制方式,同时减少了功率器件的数量,能够进一步降低换流站的建设成本。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,FCC-HBSM具有良好的直流故障清除和保持故障前后电容电压均衡的能力。

模块化多电平变换器调制策略研究

模块化多电平变换器(MMC)具有可以输出任意电平数、谐波含量低、电磁干扰小、各个模块共用直流侧等优点,在近年来引起了广泛的关注。由于MMC存在着调制复杂和子模块电容电压均衡控制困难等问题亟待解决。针对此难题提出了一种新型的载波平移PWM调制策略,该策略将子模块电容电压的均衡控制整合到MMC的调制中,通过对三角载波的上下平移来改变与正弦调制波的交叉位置从而能够改变其对应的子模块的开关规律。在有效控制电容电压的同时降低了不必要的开关损耗。最后在MATLAB/SIMULINK下建立了模型,验证了该策略的合理性。