基于桥臂基波平均开关函数的MMC模型在直流电网仿真中的应用

在直流电网的研究中,模块化多电平换流器(MMC)的建模起着至关重要的作用。鉴于此,提出了一种基于桥臂基波平均开关函数的MMC行为模型,相比于已有的以桥臂为基本建模单元的MMC模型,该模型将MMC的解锁运行状态与闭锁运行状态结合为一个整体,且模型主电路中只采用了受控电压源、不变电阻以及二极管等静态元件,进而可以在现有的仿真软件上完成模型的图形化搭建而无需重新进行元件的编码与数值计算处理;同时,在所提出的模型中,由于桥臂基波平均开关函数可以直接从控制系统中得到,而无需通过调制系统,因此简化了整个模型的搭建与调试。通过与详细模型的对比实验,验证了所提行为模型的精确性与快速性。采用上述建模方法,对一个四端金属回线接地真双极直流环网的直流故障特性进行了仿真分析与研究。仿真结果表明金属回线的阻抗及接地电极的位置与阻抗都会影响接地性直流故障的故障电流,但对于双极故障则不会产生任何影响;而直流电抗器的使用,则会对双极故障具有"改善"作用,但随着直流电抗器值的增加,"改善"作用的提高度越来越不明显。

三电平逆变器的开关管开路故障诊断策略

开关管故障诊断是实现三电平逆变器在开关管故障下系统可靠运行的前提。针对二极管中点钳位型(NPC)三电平逆变器的简单开路故障,提出了一种在线和离线诊断相结合的开路故障诊断方法。利用桥臂相电压的平均值进行故障相的检测,针对时域内可以区分的故障,利用负载相电压的最大值、最小值定位故障开关管,针对时域内难以区分的故障,经快速傅里叶变换(FFT)提取故障信号谐波的幅值,利用BP神经网络实现简单开路故障诊断。仿真验证该诊断方法,大大减少了对故障数据进行学习训练的工作量,提高了故障诊断的准确性。

MMC子模块电容电压波动及谐波研究

[目的]柔性直流的快速发展为MMC(Modular Multi-Level Converter,模块化多电平变流器)拓扑确定了实践支撑。文章以半桥MMC换流器为例,研究MMC稳态电容电压波动、谐波交互规律及桥臂开关函数的关系,以对MMC系统设计、控制策略给予理论支持。[方法]通过建立子模块电容电压、桥臂开关函数的解析表达式,得到MMC换流器上下桥臂能量波动及电容电压波动的数学近似表达式,进而研究了上下桥臂电流、交流阀侧、直流侧中各次谐波的分布规律及相间环流的正负序关系,基于谐波公式得到二次环流的估算方法;进一步,采用变量对照法研究了桥臂开关函数、子模块电容电压随阀侧功率因数、子模块电容大小的变化关系;最后基于实际工程参数搭建了详细的PSCAD/EMTDC模型,开展了理论解析与离线仿真的一致性对比。[结果]研究表明:MMC相间环流只含偶数次谐波,且其中6k+2次环流呈负序、6k+4次环流呈正序、6k次环流呈零序特性,同时稳态下MMC阀侧出口交流电压电流只含奇数次谐波,MMC直流侧电压电流只含偶数次谐波,且在功率因数角φ<0的某些范围内桥臂开关函数峰值会大于1,在低功率因数下子模块电容电压波动峰值大于高功率因数下的波动。[结论]可由此开展换流器电容容值的选型设计及暂稳态策略研究,并通过理论解析掌握MMC拓扑的运行本征特性。