不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。

高频链三相四桥臂矩阵逆变器及其桥臂控制

为解决不平衡负载工况下三相三桥臂逆变器输出电压不平衡问题,提出一种高频链(HFL)三相四桥臂矩阵逆变器结构及其控制方法。所提结构不仅具有较好的带不平衡负载的能力,而且由于拓扑中高频变压器的存在还可实现逆变器输入侧与输出侧电气隔离,从而保证设备和人员安全。首先介绍了HFL三相四桥臂矩阵逆变器的拓扑结构,进而研究适用于该拓扑的解结耦正弦脉宽调制(SPWM)策略,并基于该策略分析电路工作模态,然后介绍了HFL三相四桥臂逆变器的桥臂控制原理,最后通过实验验证了所提方案的可行性和有效性。

Zynq-7000的柔性直流输电桥臂控制器设计

介绍了基于Xilinx Zynq-7000芯片的柔性直流输电桥臂控制器的设计方案。集成在Zynq-7000芯片上的FPGA和ARM之间采用AXI4总线传输数据;配置芯片上的ARM双核各自运行独立的应用程序,移植了Linux操作系统;同时,基于Linux增加了HDMI图形控制界面和SD卡数据记录等功能。FPGA和ARM间的数据速率实测达到8.9Gb/s,大大地提高了桥臂控制系统的实时性。

基于桥臂电流控制的模块化多电平储能系统谐波抑制策略

为解决模块化多电平储能系统(MMC-BESS)在背景谐波和死区效应等扰动下电能质量恶化的问题,提出一种基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略。针对中压大容量应用场景的MMC-BESS谐波扰动问题,首先,分析交流背景谐波和死区效应对MMC-BESS的影响,建立交流背景谐波和死区时间对模块化多电平储能系统交、直流侧影响的数学模型;其次,建立MMC-BESS交流电流、直流环流和交流环流的解耦模型;在此基础上,提出基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略,并给出详细的控制器参数设计过程和性能分析;最后,通过仿真和实验验证所提储能系统谐波抑制策略的有效性和可行性。

四桥臂逆变器中第四桥臂的控制策略

四桥臂逆变器的作用是针对三相不平衡或非线性负载提供三相对称输出电压。逆变器中由于第四桥臂的存在,各桥臂控制之间存在一定的耦合关系,逆变器的控制变得非常复杂。鉴于多数文献只根据解耦变换矩阵给出了一种解耦方案,并未深入揭示四桥臂逆变器控制规律的本质。该文在分析第四桥臂作用和研究四桥臂逆变器控制规律基础上,提出了通过第四桥臂对负载产生的不平衡因素进行全补偿的思想。所提控制思想揭示了针对四桥臂逆变器的解耦变换矩阵的本质。在这一控制思想的基础上,该文给出了四桥臂逆变器的控制方法。所构造的控制方法简单实用,实现了四个桥臂的独立调节。针对不同的负载条件进行仿真,结果证明了控制方案的有效。

四桥臂逆变器解耦与控制研究

针对四桥臂逆变器的数学模型解耦,目前多使用的传统3阶"abc-dq"转换矩阵不能完全解决由第四桥臂产生的额外自由度的问题。因此,采用一种新型的4×4解耦变换矩阵对逆变器数学模型进行解耦,推导出桥臂间的参数关系,并且使四桥臂逆变器的调制空间与相对应的自由度输出电压之间能够进行直接转换,在此基础上实现对第四桥臂独立调节的控制方法。通过仿真验证控制方法的可行性,搭建了小型磁悬浮微风发电系统的硬件实验平台,并进行实验研究,验证四桥臂逆变器能够提高系统带不平衡负载能力。

基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器综合控制策略

通过分析模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种MMC综合控制方案,包括直流母线电压控制和桥臂电容电压控制。该方案内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和内部环流的三重控制,不需要专门的环流控制器。该方案各桥臂电容电压控制基本相互独立,易于实现分布式控制。提出一种电流前馈控制方案,能有效减小电容电压的动态波动,提高动态响应速度。搭建了10 k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。

基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略

提出一种基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略,以实现对交流侧电流、直流侧电流以及内部环流的控制。通过理论分析,得到上、下桥臂传输功率与桥臂电流的关系;设计了上、下桥臂独立控制的内外环控制系统,分别对换流器三相桥臂电流进行dq变换,得到上、下桥臂各相电流的指令值;附加桥臂电流环流抑制器,以实现换流器有功、无功控制量闭环控制。在31电平柔性直流输电实验平台上对所提的控制策略进行验证,结果表明其具有精度较高、高效抑制换流器桥臂环流等优点。

桥臂参数不对称MMC的运行与控制

实际工程中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)上、下桥臂参数不可避免地会存在一定的差异,从而导致交流侧电流中出现直流和2倍频分量,直流侧电流中出现基频和2倍频振荡分量,以及不同桥臂间电容电压发生不平衡等一系列问题。为解决这些问题,建立了桥臂参数不对称情况下MMC的解耦控制模型,提出了桥臂电流直接控制策略,有效地改善了参数不对称下MMC的电流控制问题。同时,基于子模块级联串能量模型,提出一种有功环流和无功环流相结合的环流注入方法,在实现上、下桥臂电容电压平衡的同时,确保MMC的端口特性不受内部环流的影响。最后,仿真和实验结果验证了理论分析和所提控制策略的有效性。

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制。建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计。以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制。仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性。

基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

单相模块化多电平矩阵式变流器AC/AC同频变换桥臂能量控制方法研究

在电气化铁路牵引供电领域,单相AC/AC变换具有广泛的需求。模块化多电平变流器由于其模块化的结构、优良的输出电压波形、无需变压器等优点,在中高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。采用AC/DC/AC变换方式的模块化多电平背靠背式变流器需要的功率模块数多、成本高;采用AC/AC变换方式的模块化多电平矩阵式变流器在输入输出电压同频时各桥臂能量容易发散,应用场合受限。本文针对单相模块化多电平矩阵式变流器,对其同频变换时的运行特性进行了理论分析。通过理论分析,得到了桥臂能量稳定条件,并进一步提出了一种桥臂能量均衡控制方法。通过MATLAB/Simulink的仿真实验,验证了桥臂能量稳定条件的正确性和所提出控制方法的有效性。

基于重复控制的三相四桥臂逆变器控制研究

提出将重复控制应用到三相四桥臂逆变器的两种控制方案。一种是在同步旋转坐标系下对d,q,0坐标轴分别进行电压、电流双闭环控制的基础上,对零轴增加重复控制器;另一种是直接在a,b,c坐标系下对各相电压外环进行重复加PI控制,对电流内环进行比例控制,此方案思路简单明了且具有较好的带非线性负载的能力,控制效果得到了明显的改进。两种控制方案在一台基于TMS320F2812型DSP的IGBT三相四桥臂逆变器上进行了实验验证。

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。

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。

基于连续控制集模型预测控制的MMC桥臂电流控制策略

模块化多电平变换器(MMC)的桥臂电流控制方法可同时实现交流侧电流控制和环流抑制。连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)是一种时域内基于模型的最优控制方法,动态响应快,可以实现多频带复合信号的准确跟踪。提出一种基于CCS-MPC的桥臂电流控制方法,通过设计模型预测控制(MPC)控制器同时实现桥臂电流直流分量、基频交流分量的准确跟踪和倍频环流的抑制,克服了传统分频控制策略在暂态期间不同控制器相互影响的问题,无须对各个频率信号单独设计控制器,简化控制结构。在此基础上,提出了包含桥臂电流指令值计算、基于MPC的桥臂电流控制和子模块电容电压均压控制的MMC综合控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相MMC仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于新型广义积分器的MMC-HVDC桥臂电流控制策略

建立基于桥臂电流的模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)数学模型并给出桥臂电流参考值的计算公式。为同时实现MMC交流侧电流控制和环流抑制两个控制目标,提出三相静止坐标系下基于比例积分器(proportional integrator,PI)和两个正弦信号调节器并联结构的桥臂电流控制策略。该文提出一种新型广义积分器(novel generalized integrator,NGI),并从频域和时域的角度对NGI和准二阶广义积分器(quasi second order generalized integrator,QSOGI)进行深入对比分析。对比结果表明,相比于QSOGI,采用NGI作为电流控制器时,控制精度高,相位裕度大,暂态性能较好。仿真结果验证了所提控制策略在对称电网电压下和电网严重故障的情况下均具有良好的控制效果。

面向低频海上风电送出的模块化多电平矩阵变换器综合解耦控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)用于海上风电低频输电系统(low frequency transmission system,LFTS)是具有广阔应用前景的新方案。M3C双频功率耦合对其9个桥臂直流侧电容电压的均衡控制及故障穿越带来挑战和困难。为此,提出基于桥臂双重低频环流注入法的新型M3C综合解耦控制策略。首先,对M3C工、低频侧进行数学建模并分析其功率运行范围。基于桥臂工、低频共模和差模回路的分析及桥臂功率平衡原则,提出实现工、低频侧输入及双重低频环流注入的M3C解耦控制策略。使用开环和闭环低频环流注入两种联合控制,在实现M3C各子变流器相间功率快速均衡的同时,确保工频侧输入电流的完全正序特性。通过带延时补偿的复矢量控制器,在静止坐标系统实现9个桥臂的完全独立控制,搭建35kV/11MW海上风电系统PSCAD模型,通过稳态、动态及暂态仿真全面验证所提综合控制策略的有效性和正确性。

低频工况下MMC模型预测控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在船舶电力推进系统、电力传动以及变频驱动等领域有着广泛的应用前景。然而,MMC在启动或低频运行时,子模块(sub-module,SM)电容电压波动急剧增大,严重危害了MMC系统的安全运行。文中提出一种MMC低频SM电容电压波动抑制的模型预测控制策略。建立含共模电压的电流预测模型及桥臂电压差预测模型,构建统一控制代价函数对参考值与实测值的误差进行评估。在滚动优化中采用2N+1电平输出方式,可为低频MMC的最优控制提供更多的选择自由度。为验证所提控制策略的可行性与有效性,对其进行仿真和实验研究。结果表明,所提的控制策略能有效抑制低频时MMC子模块电压的波动,降低系统输出电流谐波含量,提升MMC系统安全运行能力。

适用于大规模MMC的分布式控制系统及两级均压策略

在高压大功率应用场合,模块化多电平换流器(MMC)每个桥臂子模块数量较多,造成其控制系统硬件构成复杂、协调控制困难。文中提出一种适用于大规模MMC的模块化结构的分布式控制系统:该控制系统由一个主控制单元和若干个桥臂控制单元构成,每个桥臂控制单元又由若干个阀组控制单元组成,每个阀组控制单元只控制较少数量的子模块。该结构有效降低了主控制单元和桥臂控制单元的控制压力,易于实现与扩展。针对该控制系统,提出一种包含阀组间均压和阀组内均压的新型均压策略。在三相41电平MMC实验样机上对所提出的控制系统及均压策略进行了验证,实验结果证明了所述控制系统的可行性及均压策略的有效性。