最近电平逼近调制的基波谐波特性解析计算

随着模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电工程的出现,高电平数换流器将在电力系统中得到越来越多的应用。最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)是一种适合高电平数换流器的阶梯波调制策略,其实时控制触发方式用于理论研究,而其等间隔控制触发方式适合用于数字实现。为此推导了阶梯波调制的通用Fourier级数解析表达式,在PSCAD/EMTDC下搭建了基于NLM的两端MMC直流输电仿真系统。利用解析计算和仿真两种方法研究了实时控制触发和等间隔控制触发下NLM的基波和谐波特性。理论计算和仿真研究表明,间隔时间越大,阶梯波对调制波逼近的延迟越大。这会造成阶梯波的基波幅值偏差和总谐波畸变率变大,并且使系统的连续调节能力变差。基波幅值偏差过大会导致控制系统不稳定,因此在条件允许的前提下,等间隔控制触发选用适当小的间隔时间是有必要的。

基于最近电平逼近调制的模块化多电平变换器中高压变频调速系统运行控制

最近电平逼近调制(NLM)是模块化多电平变换器(MMC)中最常用的调制方式。电平数较少时,NLM的输出电压电流谐波严重畸变,使其无法用于电平数较少的变频调速场合。该文通过详细分析NLM下无差拍电流控制的开关过程,指出NLM调制下MMC无差拍电流控制具有滞环特性。定量分析了NLM下MMC无差拍电流控制的滞环环宽,得到了滞环环宽和输出电流波动范围的表达式。同时,设计了MMC背靠背变频调速系统的综合控制方案。与传统方案相比,所提方案具有控制结构简单、开关频率低、环流抑制容易实现和动态特性好等优点。在Matlab/Simulink中搭建了十一电平背靠背MMC中高压变频调速模型,验证了所提控制方案的正确性和有效性。

基于MMC的最近电平逼近调制谐波特性分析

介绍了基于MMC的最近电平逼近调制的原理,对输出相电压进行数学分析,并推导出仅与电平数相关的通用数学表达式;在调制过程中对子模块电容电压进行排序,进而选择子模块的投切状态以完成稳压控制,理论分析控制过程。在PSCAD/EMTDC仿真软件下搭建了基于MMC的NLM单端逆变系统,通过仿真,对输出电压谐波特性以及电平数量对谐波的影响进行分析,结果表明谐波特性与理论计算值相一致,验证了表达式的正确性。

一种适用于较少级联模块的H桥多电平变流器最近电平逼近调制改进算法

既有的最近电平逼近调制算法(简称NLM传统算法)用于级联模块数相对较少(约为10个左右)的铁路牵引供电地面过电分相系统级联H桥多电平变流器(简称变流器)时,各子模块尤其是最后一级子模块会导致变流器输出电压波的等效面积误差较大(最大约为6%),而且其电压分辨率也会引起变流器输出电压波的等效面积误差,这些误差导致变流器调制精度降低、控制性能变差。为了解决这一问题,提出NLM改进算法,即基于输出电压波面积等效的基本思想,通过对变流器输出电压幅值附近正弦调制波的面积计算,在确定最后一级子模块投入工作的时长后再确定各子模块开始投入工作的时刻,从而实现变流器输出电压的高精度跟踪调制,并且对给定的输出功率跟踪更准确。利用Matlab/Simulink软件对NLM改进算法进行仿真验证,结果表明:NLM改进算法能够提高变流器输出电压的调制精度,其误差仅约为传统算法的20.93%,而输出电压的谐波含量仅比传统算法的增加约3.2%,使得地面过电分相系统的性能得到显著提高。

模块化多电平变流器的最近电平逼近调制策略

简要介绍了模块化多电平变流器(MMC)的拓扑结构和工作原理。由于变流器内子模块串联会造成电容电压不均衡,文章采用最近电平逼近的调制方式,将子模块电容电压进行排序,再根据相应电流的方向确定各子模块的投切状态,以此实现子模块上电容电压基本趋于稳定。仿真结果表明,最近电平逼近的调制方式非常适用于大功率应用的场合。

改进的最近电平逼近调制策略在模块化多电平变流器中的应用

介绍了在最近电平逼近(NLM)调制方式下模块化多电平变流器(MMC)的拓扑结构及其工作原理,指出当模块化变流器子模块数较少时输出波形含有较大的谐波分量;研究了一种改进的NLM调制策略,通过改变传统取整函数增加了输出调制正弦波形电平数,减小了输出电压波形的谐波含量,改善了输出波形质量;分析了不同取整函数对输出波形质量的影响。最后通过MATLAB/Simulink软件仿真验证了该策略的有效性。

基于改进NLM的模块化多电平变换器在船舶岸电系统中的应用

随着船舶功率需求的不断增加,船舶岸电系统也从低压岸电系统向高压岸电系统发展,基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)设计6.6 kV/60 Hz的船舶高压岸电系统。针对传统最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)策略下MMC输出电压质量低、环流谐波含量大及船舶岸电系统稳定性差的问题,提出采用改进NLM策略、无差拍环流抑制策略和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术相结合的新型控制方法。对所设计的MMC-VSG船舶岸电系统模型和控制方法进行仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法能有效提高船舶岸电系统的电能质量,且系统稳态性能和动态性能良好,可为船舶高压岸电系统的设计提供一定的参考。

基于最近电平逼近调制的IGBT开路故障诊断方法

提出一种基于最近电平逼近调制(NLM)策略的全桥子模块IGBT开路故障诊断定位方法,分析子模块故障特性,根据调制NLM策略对桥臂子模块电容电压采样值的排序,计算其中位数作为子模块电容电压预测值。通过对比预测值与实测值获得诊断判据,该方法无需占用过多计算资源并快速完成故障诊断。同时通过改变故障子模块工作状态实现故障IGBT定位与子模块故障容错控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了该子模块IGBT开路故障诊断定位方法与容错控制策略的有效性。

MMC最近电平逼近调制谐波分析及仿真

对基于模块化多电平换流器作为逆变器采用最近电平逼近调制模式时的谐波分量进行分析,选取逆变器上、下桥臂电流,相间环流及交流输出电压波形作为研究对象,通过理论推导出上、下桥臂电流主要具有直流分量、基波分量及2次谐波分量;相间环流仅含有偶次谐波;交流输出电压波形仅含有奇次谐波。最后,通过搭建9电平的换流器MATLAB/Simulink模型,对推导结果进行仿真试验,验证了理论推导的正确性。

MMC最近电平逼近调制分析及仿真

为实现MMC多电平的输出,制定合理的调制策略是保证MMC正常运行的必要条件,通过控制器件的投入和切出从而使交流测的波形逼近调制波,因此需要制定合适的策略对子模块进行投入和切出,目前被广泛应用的大致分为载波移相正弦脉冲调制法(CPS-SPWM)和最近电平逼近法(NLM)。本文分析了NLM调制的原理和数学分析,通过对输出电压质量,子模块的电容电压控制和环流抑制进行仿真结果分析,验证调制理论的正确性。

基于叠加逼近调制的模块化多电平换流器谐波环流抑制策略

提出了一种采用改进的最近电平调制技术(nearest level modulation,NLM)的叠加逼近调制策略,能够抑制模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的谐波环流。首先对基于传统NLM的MMC进行解析分析,指出当采用传统NLM时,上、下桥臂电压的实际输出值与控制器参考电压之间会出现偏差,且偏差中的二倍频成分是产生二倍频环流的根本原因。据此,提出了一种叠加逼近调制策略,使上、下桥臂实际输出电压与参考值一致,并从能量平衡角度论证了当采用叠加逼近调制策略时,桥臂中无二倍频环流。以厦门柔直示范工程的电磁暂态仿真算例验证了所提算法的正确性,为下一步的实际工程应用奠定了基础。

基于NLM策略的模块化多电平换流器研究

介绍了模块化多电平换流器的拓扑结构和工作机制,建立MMC数学模型,将电容均压控制算法运用到不同调制策略中以实现电容电压的稳定。在Matlab-Simulink及RT-LAB半实物仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,验证最近电平逼近调制的优势。结果表明最近电平逼近调制策略下换流器运行正常,输出波形质量高、谐波含量少、子模块电容电压波动小,在电平数较高的应用场合中具有较大的优势;并证明了Matlab-Simulink和RT-LAB仿真结果的一致性以及RT-LAB仿真效率的高效性。

适用于MMC-MVDC的无差拍最近电流逼近控制策略

在中压直流(medium voltage direct current,MVDC)输电系统中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各桥臂子模块数往往较少,因此采用传统最近电平逼近(nearest level modulation,NLM)策略进行调制时各电平持续时间较长,从而导致交流侧输出谐波含量升高。为解决上述问题,提出了一种适用于MMC-MVDC的无差拍最近电流逼近(deadbeat nearest current modulation,DNCM)控制策略,该策略在各电平持续时间内,根据交流侧实际电流和参考电流差值确定子模块开通数量,通过降低MMC单一电平持续时间来改善交流侧谐波畸变,且各子模块开关频率较低,谐波改善程度与子模块数无关。同时,定量分析了DNCM的控制原理,并得到了电流误差的波动范围。最后,在Matlab/Simulink中搭建了MMC-MVDC仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

基于最近电平调制的MMC控制策略研究及仿真

模块化多电平换流器(MMC)因其开关耗损小、不依赖于器件串联技术等优势,成为高压大功率变流领域的研究热点.简要分析了基于MMC的最近电平调制(NLM)的原理,在电容电压排序法的基础上提出了上下桥臂电压的平衡控制.在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了基于MMC的最近电平逼近调制及其整流的仿真,结果表明最近电平逼近调制方式十分适用于MMC的大功率场合.

适用于直流配电网中MMC的电平数倍增混合调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)应用于中压直流配电网时子模块数目较少,沿用直流输电系统中的最近电平逼近调制策略会导致电流畸变严重、输出电压质量差等问题。为此,分析了MMC已有的调制策略原理,并在此基础上提出了一种适用于中压直流配电网的电平数倍增混合调制(double multiplication hybrid modulation,DMHM)策略。该调制策略通过对上、下桥臂电压参考波采用不同的取整函数并叠加PWM波,使电平输出拓展至2N+1;此外,DMHM根据电容电压排序结果决定子模块工作模式,任意时刻每相仅一个子模块工作在PWM模式下,能有效均衡电容电压,控制更为简单。最后,搭建的MATLAB/Simulink仿真验证了DMHM应用于中压直流配电网的有效性,相比于传统的调制策略,DMHM能降低谐波含量,且开关损耗与开关频率远小于CPS-PWM调制。

基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能装置

为了提升柔性直流输电的有功功率调节能力及惯量支持能力,研究了基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能技术,探索了高压直流直挂储能的工程化实施方案、控制系统架构及控制策略,提出了基于子模块电池荷电状态排序的改进型最近电平逼近调制策略,用于解决电池荷电状态及子模块开关频率整体均衡的问题。给出了高压直流直挂储能关键参数的计算方法。研制了基于磷酸铁锂电池的高压直流直挂储能模块及控制系统样机,搭建了含高压直流直挂储能的柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型和基于串联变流器的试验平台,通过系统仿真及样机试验验证所提高压直流直挂储能方案的可行性。

模块化多电平换流器型直流输电的调制策略

介绍了模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构和工作原理。对MMC可以使用的几种调制策略进行了比较,当MMC用于直流输电这样的高压大功率场合时,需要的电平数很多,而最近电平逼近调制(NLM)正适用于这类情况。提出了NLM在MMC中的实现方法,给出了计算NLM基波和各次谐波幅值的解析表达式,绘出了NLM的基波分量和总谐波畸变率随电平数和调制波幅值的变化而变化的情况。指出了当系统进入严重过调制区时,NLM性能会明显恶化。利用PSCAD/EMTDC下搭建的仿真系统对NLM的基波和谐波特性进行了仿真。理论计算和仿真结果均表明使用NLM策略的MMC在较大的工作范围内都具有很好的调制波跟踪能力和较低的谐波水平。

基于晶闸管换向的混合型多电平换流器

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的桥臂切换多电平换流器(A2MC)直流电压利用率高,可以在直流侧短路时继续运行,但IGBT耐压低、损耗大、成本高。文中用晶闸管替换A2MC中的IGBT,构成一种混合型多电平换流器(HMC),在保持A2MC优点的同时降低了成本。在分析HMC拓扑及其工作原理的基础上,研究了该换流器正常运行状态下的控制策略,采用最近电平逼近调制并提出了适用于级联H桥的电压均衡控制策略;探讨了直流侧短路故障时的控制方法,并对该换流器与模块化多电平变流器(MMC)的功率器件数和工作性能进行了比较;利用PSCAD/EMTDC对61电平HMC进行了建模仿真,结果验证了其拓扑的可行性与控制策略的有效性。

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑

模块化多电平换流器(MMC)采用模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化,其普遍子模块(半桥、全桥结构子模块)的输出为0、1两种电平。提出了一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑结构并介绍了其工作原理。该种子模块可以输出0、1、2三种电平,与原有的半桥结构相比,在输出同样电平数的情况下,该新型拓扑可以节省25%的IGBT,减少了子模块的总数和换流站的占地面积。成功地将最近电平逼近调制(nearestlevel modulation,NLM)策略应用到新型拓扑上,并给出了相应的电容电压控制策略。在PSCAD仿真环境中搭建基于NLM的11电平两端MMC-HVDC输电系统,仿真结果表明子模块电容、直流电压和谐波均满足要求,验证了所提拓扑和控制策略的正确性与有效性。

模块化多电平变流器输出电流谐波抑制策略

最近电平逼近是模块化多电平逆变器(MMC)常用的调制方法之一,当模块数偏少,或者调制电压过低时,输出电流会产生畸变.从原理上分析了MMC输出电流谐波畸变产生的原因,然后提出了一种抑制MMC输出电流谐波的控制方法.该方法对输出电流进行分频提取后通过PI调节器得到反相谐波电压,最后将反相谐波电压叠加到调制电压上获得总的参考电压.所提出的方法简单可行,易于实现.仿真分析和实验结果表明,采用本文所提出的方法,模块化多电平变流器输出电流的畸变得到较好的抑制.