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。

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。

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。

模块化多电平变换器输出电流谐波优化调制策略对比与分析

在模块化多电平变换器中广泛使用了最近电平逼近调制与载波移相脉宽调制。当子模块数较少时,输出电流谐波含量高,通过优化调制策略来改善输出电流的谐波含量具有重要意义。本文首先对比分析了输出2N+1电平最近电平逼近、滞环控制原理最近电平逼近、改进型载波移相脉冲宽度调制、混合型最近电平逼近-脉冲宽度调制以及一种无差拍电流控制调制的工作原理和工作特点;然后,在Matlab/Simulink平台搭建5种调制策略在子模块数较少时的仿真模型;其次,针对阀控周期、子模块数、开关频率以及电感值等参数对模块化多电平变换器输出特性的影响,分析了不同调制策略之间输出电流谐波特性的差异及共模电压等;最后,总结了5种调制策略各自的特点和适用场合。

集中式多电平调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现

脉冲分配方式是实现如载波层叠调制、最近电平逼近调制等集中式多电平调制策略的主要难点。针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器,提出一种应用于集中式调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现方法。该脉冲分配器致力于使电平化后的调制信号遍历状态机中的所有路径,从而各个模块的开关次数在各个电平等级都得到均匀的分配,实现了模块电容电压的自然平衡特性。同时,针对低频类调制策略无法自动遍历状态机的情形,该状态机具有状态强制切换功能,在最大限度维持模块开关频率低频特性的条件下,使其能够在合理的时间范围内遍历状态机。通过基于模块化多电平变换器平台的仿真与实验验证了状态机型脉冲分配器的有效性。

模块化多电平换流器(MMC)调制方法综述

介绍了模块化多电平换流器(MMC)的拓扑和工作原理,分类别详叙了各种调制方法。总结了不同调制技术的优缺点和应用场合,为MMC的工程应用提供了借鉴意义。提出了MMC调制技术的改进方向,对进一步的研究探索有积极意义。

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点。

模块化多电平换流器调制策略研究

模块化换流器是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。介绍了MMC最近电平调制策略和载波移相调制策略的原理,以及相应的电容电压平衡控制策略。分析了2种调制策略下输出电压电流的谐波特性,结果表明具有高开关频率的载波移相调制策略具有更好的谐波特性。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真,验证了理论分析的正确性。

基于混合调制的模块化多电平换流器环流抑制策略

为了抑制MMC运行时,由于各相上、下桥臂电压之和不完全相等而产生的二倍频环流,文中提出了一种采用自适应陷波器与准比例谐振控制器相结合的环流抑制策略。该策略借助自适应陷波器来提取二倍频环流分量,并通过准比例谐振控制器实现对此分量的无静差跟踪,从而得到需要的补偿电压。该策略结合混合调制方法使二倍频环流下降了约65%,改善了桥臂电流的畸变程度,并提高了MMC的输出波形质量。仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。

适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高,且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题,提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先,引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数;在此基础上,分析阶梯波修正量对电容电压的影响,提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法,实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制,从而限制电容电压波动范围,提高设备安全裕度.最后,在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.

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。

基于中压直流配电网的MMC调制策略研究

模块化多电平换流器已在直流输电场合得到广泛研究,现今为止已取得不少工程应用。文中介绍了模块化多电平换流器及其子模块的拓扑结构和工作原理。搭建了基于PSCAD/EMTDC的两端模块化多电平换流器仿真系统,实现了两种最常用的调制策略的比较。比较了不同调制方式下两端系统逆变侧输出电压、输出电流、A相桥臂电流及各桥臂子模块的电容电压波动情况。对模块化多电平换流器在中压直流配电网中的工程应用有一定参考价值。

一种新型的混合级联多电平逆变器

在中高压大功率场合级联H桥多电平逆变器受到了越来越多的关注。混合级联多电平逆变器是传统级联多电平逆变器拓扑的改进,它的直流侧电压幅值不同。混合级联多电平逆变器最大的优点是在得到相同电平数目的情况下,大大减少了独立直流电源的数目。但是,在一些应用场合,直流电源只能为一个。针对这个问题,在直流侧加入高频环节,得到了一种新型的混合级联多电平逆变器,实现了单直流电源供电,而且这种逆变器的输出电压THD较低,系统体积小。文中首先介绍了基于高频环节混合级联多电平逆变器的电路结构,分析了该结构功率分布问题,针对最近电平逼近调制策略下的输出电压低次谐波较大的问题,改进了控制方法,最后通过软件仿真验证了改进控制方法的可行性。

级联H桥型STATCOM混合调制策略

级联H桥型静止同步补偿器(STATCOM)的控制基于多电平逆变器的脉宽调制技术。介绍级联H桥型STATCOM的载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)和最近电平逼近调制(NLM)的控制原理,及与其对应的直流电压平衡策略。基于NLM策略,结合载波移相原理,提出一种混合调制策略,解决NLM在级联单元数较少时的谐波问题。级联H桥型STATCOM的运行实验结果表明了混合调制策略的有效性及优势。

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。