模块化多电平逆变电路的调制算法研究

针对永磁同步电机传统三电平逆变电路无法满足高压场景的问题,采用空间矢量脉宽调制算法对模块化多电平逆变电路进行调制分析,观察其输出电压波形。然后针对模块化多电平逆变电路各相之间容易出现环流现象,对电容电压平衡控制算法进行简化。在Matlab/Simulink中搭建模型仿真,观察和分析模块化多电平逆变电路的输出电压,实验结果验证了采用空间矢量脉宽调制算法对改善模块化多电平逆变电路的输出特性的有效性和简化后的电容电压平衡控制算法具有稳定性。

多电平变换逆变电路拓扑分析

在众多新兴电子设备诞生后,为了满足其电路使用需求,创建了更为前沿的转换集成电路应用模式,其中最为典型的应用电路就是多电平变换电路。该电路在应用过程中存在一定的弊病,其中基于电平钳位所引发的逆变电路问题亟需解决。通过对多电平变换逆变电路拓扑研究背景进行阐述,分析了多种不同的多电平逆变电路拓扑结构,以期为今后的电路应用提供借鉴。

两电平和三电平逆变器的新模块化似零电压软换流电路的分析和设计(英文)

提出了一个直流负总线辅助谐振电路(NBARC)与新型直流侧谐振电路镜像对称对模块设计,用以实现两电平和三电平逆变器的软换流。NBARC的电路拓朴减少了功率器件的数目并降低了对器件的功率额定值的要求。为两电平逆变器零电压开关设计并分析了基本NBARC谐振电路,这个电路拓朴和模块设计方法被扩展到一个谐振模块镜像对称对电路,用以钳夹直流侧电压,并实现三电平逆变器的软换流。提出软换流允许在似零电压状态下实现,并分析了残余换流电压对于逆变器开关损耗的影响。模块方法允许软开关电路被设计成标准逆变器的可选附加块,可以把传统的逆变器转变为软开关逆变器。实验结果验证了电路分析和实现。

多电平PWM逆变电路谐波分析与输出滤波器设计

在中压大容量变频驱动装置中,为解决电力电子器件耐压问题,基于PWM控制的多电平逆变技术得到广泛应用。这种中压变频器输出电压为多电平PWM脉冲波形,目前对其谐波还没有完善的理论分析。为避免高次谐波对电机的影响,有些用户要求为变频器设置输出滤波器。由于中压变频器容量较大,为滤波器设计带来一些新的问题。该文在大量仿真数据的基础上,总结出多电平PWM波形的谐波特点,为滤波器设计提供了理论依据。以此为基础,综合考虑基波压降、有功损耗、电流谐波和谐振等问题,推导出适合于中压大功率变频器输出滤波器参数选取的简化公式,并通过实验予以验证。

采用逆阻型子模块的新型模块化多电平换流器

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是高压直流输电系统领域中极具工程应用前景的电压源拓扑之一。在分析典型子模块拓扑特点的基础上,该文提出一种新型的逆阻型半桥子模块(reverse blocking half bridge sub-module,RB-HBSM)的MMC拓扑,用于解决传统MMC的故障穿越能力问题。开展了RB-HBSM及其构成的MMC拓扑的故障电流阻断机理及其主要功率开关器件的电气应力分析研究,提出了故障控制流程,最后通过仿真算例对所提出的子模块拓扑进行了验证。仿真结果表明,新型RB-HBSM-MMC拓扑在不改变原有控制策略与调制策略的情况下,能够迅速实现故障电流阻断效果,有助于进一步降低系统的复杂程度。

基于多电平变换逆变电路的拓扑分析

多电平变换逆变电路是一种新的、用于“清洁电力电子装置”的变换电路。本文指出实现多电平变换逆变电路的关键问题之一是电平钳位，并以此为依据将现有的多电平电路拓扑结构进行了分类。文中分析了基于“二极管或电容钳位”和“使用独立直流电源钳位”的两类典型多电平电路拓扑结构的优缺点，并在现有的“混合单元多电平逆变电路”单元结构基础上提出了一种新的、使用不同电压比的控制方式。

PWM控制下多电平混合逆变电路的脉宽调制及拓扑分析

PWM和多电平变换是在高压大功率电力电子变换中应用较多的两种技术 ,本文在试验一种新型混合逆变电路的基础上 ,通过分析PWM控制下的多电平混合逆变电路调制方法 ,提出了一种混合单元间电压比取值的方法 。

双闭环控制的三电平逆变电路Simulink仿真实验

针对开环的三电平逆变电路稳定性差、动态响应慢、带载能力弱等问题,提出了电压、电流双闭环的控制方案。选取二极管箝位式三电平逆变电路作为被控对象,建立其在同步旋转坐标系下的数学模型,分别对电流环和电压环进行设计。电流环包括基于d、q轴的电感电流前馈解耦及PI参数的设计;电压环包括基于d、q轴的电容电压前馈解耦及控制器参数的设计。在Simulink仿真实验平台上,建立了双闭环控制的三电平逆变电路的仿真模型,分析了突变负载情况下双闭环控制的逆变输出电压和电流的仿真波形。

具有直流故障阻断能力的逆阻型模块化多电平换流器

提出一种改进的逆阻型MMC(reverse blocking MMC,RB-MMC)拓扑,其半桥子模块的下管以逆阻型IGBT替代传统的功率器件,并增加了并联旁路吸收回路,用于解决传统MMC的故障阻断能力问题。首先分析了改进的RB-MMC的拓扑和工作原理,在此基础上开展了对改进型RB-MMC的故障阻断机理及其主要功率开关器件的电气应力的研究,并通过仿真算例对所提出的改进型RB-MMC拓扑进行了验证。仿真结果表明,新型RB-MMC拓扑在原有正常模式下不需要改变控制策略与调制策略,而在故障阶段能够迅速实现故障电流阻断效果,通过引入旁路吸收回路,进一步降低了对电路触发脉冲一致性的要求。该文提出的改进型RB-MMC拓扑在高压直流输电系统领域中具有良好的工程应用前景。

增强型柔性逆阻模块化多电平换流器的故障阻断特性分析

鉴于传统半桥型模块化多电平换流器(HBSM-MMC)无法阻断直流故障电流的不足,通过对半桥子模块进行改造并增加桥臂阻尼模块(BDM),提出一种增强型柔性逆阻MMC(EFRB-MMC)拓扑,就其故障阻断特性展开详细研究。首先,分析EFRB-MMC的工作原理和故障阻断机理,推导故障电流和钳位电压解析式;然后,在故障阻断时间和器件电气应力研究基础上,进一步提出EFRB-MMC的关键参数设计原则;最后,仿真结果证明上述理论的有效性。

模块化多电平换流器直流双极短路故障耐受能力研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流侧发生双极短路的故障情况,建立了MMC闭锁后的故障电流回路,给出了二极管以及保护晶闸管的电流分配和结温理论计算方法,考核直流双极短路故障耐受能力。在MATLAB/Sinulink下进行了换流阀闭锁后故障电流回路的建模与仿真,并在MMC背靠背试验系统中进行了试验研究。仿真和试验结果表明,所提分析和计算方法准确可行,该方法对校核模块化多电平换流器在实际工程中的直流双极短路故障耐受能力以及器件选型具有重要的理论指导意义。

多电平逆变电路及相关问题分析

在简要介绍了电压型三相逆变电路的基础上,着重阐述了多电平逆变电路中常用的三电平逆变电路的工作原理,并结合脉宽调制技术(PWM)讨论了电路中遇到的问题及对策。

应用于海上直流风场的模块化多电平多端口直流变电站拓扑探究

随着海上风场的大规模化发展,如何经济有效地将分散在海上各处风场所发电能汇聚并传输至岸上成为一个亟待解决的问题。对比传统海上风电场的交流汇聚、直流传输,全直流风场以其体积小、容量大、效率高等优势,引起学界广泛关注。作为全直流风场中的关键设备,多端口直流变电站起着重要的汇聚与传输风能的作用。该文基于模块化多电平结构,针对可能应用于全直流风场中的几种多端口直流变电站拓扑,从变比、故障隔离、容量等几方面展开详细分析与对比,并就在不同场合下应选择何种拓扑作出建议。并提出应用于海上直流风场中的多端口直流变电站最优拓扑。

基于神经网络的多电平逆变电路故障诊断

因含有大量的开关器件,多电平逆变器难以用基于模型的方法进行故障诊断。针对这一问题,提出了一种基于神经网络的故障识别和分类方法。采用载波相移脉冲宽度调制(PWM)策略搭建级联五电平逆变电路,对逆变器的输出电压信号进行快速傅里叶变换,获取其频谱并以此作为特征信息。利用反向传播算法(BP)神经网络对输出电压模式进行分类。Matlab仿真结果表明,本文设计的BP神经网络有效地实现了对逆变器的故障诊断。

半桥级联型五电平逆变电路的控制策略研究

近年来,多电平逆变器因其谐波含量小、器件应力小、等效开关频率低等优点,在中高压大容量电能变化场合拥有良好的应用前景,进而引起了人们的广泛关注。提出了一种新型的半桥级联型五电平逆变电路拓扑结构,该电路拓扑结构的优势在于仅依靠三种模块的合理组合,并控制电路的开关状态即可实现不同电压输出,满足系统输出多种电平的需求且三种模块均只包含开关管、极性电容和直流母线三类电子器件,详细叙述了该电路实现多电平的输出方式及工作原理,最后通过实验验证了该电路拓扑的可行性。

49电平模块化多电平换流器样机设计与实验验证

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有大量子模块,难以组织和控制,尤其是控制器需要处理大量具有高吞吐能力的IO通道,控制系统复杂度和成本均大为增加,并需要解决多控制器协调运行等问题。设计并实现49电平MMC实验样机。其中,子模块和控制器间采用光纤隔离测控复用电路降低光纤通道数,降低了控制器处理难度和成本;控制器间采用双总线结构进行通讯连接,既保证了控制系统的实时性和可靠性,又满足了大量数据在控制器间传输的要求。通过并网实验对其可行性进行验证,实验结果表明,系统输出波形畸变率低,功率响应迅速且跟踪准确。

谐振滤波型模块化多电平换流器低频控制方法

低频运行时模块电容电压的大幅波动限制了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在电机驱动领域的应用,该文针对有谐振滤波电路的MMC结构,提出一种合理的低频控制方法。在分析谐振滤波电路特性的基础上,利用谐振滤波电路对相阻抗的改变,并通过参数设计,同时实现MMC额定频率运行时二倍频环流抑制和低频运行时高频环流控制电压最低。该方法无需注入频率混合及频率变化的环流,可降低环流控制器设计难度,同时相阻抗在串联谐振频率处压降最小,提高了高频共模电压的可利用范围。为实现对交直流混合环流指令的无差跟踪,引入比例–积分–谐振控制以准确抵消导致电容电压剧烈波动的无功功率交换,抑制模块电容电压的波动,同时维持模块电容电压均值的稳定,保证MMC低频运行的安全性和可靠性。最后通过实验验证了理论分析和控制方法的准确性与有效性。

含模块化多电平变流器的分布式发电系统动态特性分析

根据模块化多电平变流器(modular multilevel conv-erters,MMC)的工作原理和拓扑结构特点以及逆变型分布式发电系统(distributed generation,DG)的运行特点,建立了由MMC构成的DG等值系统及其交流电流控制器数学模型。运用PSCAD分析了基于MMC的DG系统动态特性,发现当直流电压大幅波动时,DG交流电流和输出功率同样出现了大幅波动的情况。针对这一问题,提出了改进的交流电流控制器,并通过仿真证明了该控制器的有效性。

模块化多电平换流器的快速电磁暂态仿真方法

通过分析电压源换流器换流过程,得到电压源换流器的简化电路。换流器的上、下桥臂互补通断时,简化电路与原电路等效。简化电路不仅减少了支路数,而且可简化支路方程,因此,基于简化电路的快速仿真方法可减少电磁暂态仿真计算量,节省仿真用时。该快速电磁暂态仿真方法的缺点是不能模拟开关死区和故障闭锁过程。在PSCAD/EMTDC仿真平台上通过3个仿真实例对基于简化电路的快速电磁暂态仿真方法进行了具体评估。结果表明,对2电平换流器而言,快速方法加速效果一般,实用价值不大;对高级联数模块化多电平换流器而言,快速方法加速效果很好,能显著节省仿真用时,实用价值较大。

基于结温反馈方法的模块化多电平换流器型高压直流输电阀损耗评估

为了计算模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的半导体器件在实际工作结温下的损耗,提出了基于结温反馈方法的MMC损耗计算方法。根据供应商数据及仿真得到的换流器实时电压电流值,在PSCAD/EMTDC中建立了考虑结温变化的损耗计算模块,分析了MMC子模块各部分的通态损耗和开关损耗。同时给出了不同散热器温度下MMC一端换流站的阀损耗比例。计算结果表明,由于器件的实际工作结温往往低于标准结温,因此采用结温反馈后计算得到的换流阀损耗值小于采用恒定结温方法得出的结果。同时证明了MMC的开关损耗较小,在不计吸收电路及驱动电路损耗的前提下,其单站阀损耗占额定直流功率的比例可以下降至<1%,这与二电平和三电平电压源换流器拓扑相比有明显的下降。