基于分数阶超级电容的MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对特高压柔性直流换流站中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压均衡控制策略中存在模块反复投切、电压波动较大等问题,本文围绕分数阶超级电容换流器传输功率与不传输功率两种运行情况进行研究。按照MMC子模块电容电压低于及高于参考设定电压分别进行研究,建立了MMC子模块数学模型,提出了电容电压双闭环控制策略。通过Simulink搭建子模块电容电压均衡控制仿真模型,验证了本文方法对子模块电容电压均衡控制的有效性。

基于多电平变流器模块的直流输电系统控制

为了保证直流输电系统在发生三相短路故障时输电电压的稳定性,有效控制输电系统的运行,该文提出了基于多电平变流器模块(modular multilevel converter,MMC)的直流输电系统运行控制方法。利用反并联二极管与并联电容来设计多电平变流器模块,获得交流等效电感,保证换流站交直流量与有功功率相同,明确换流站内功率情况;将该模块与前馈解耦补偿项相结合,运用PI获得电流内环运行控制器的输入值,实现电流解耦,增强直流电压的稳定控制,提高输电系统抗扰动性能;通过修正与控制环节获得对应参考值,以及最佳运行控制结果。通过实验表明:设计的模块既能保证输电系统在正常工作状态下平稳运行,也能在发生故障时将影响控制在安全范围内,保证电力系统输电稳定。

基于MMC子模块两级主动控制的直流短路限流方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)直流侧故障后短路电路急剧上升,严重影响直流电网安全。为限制故障电流,提出一种基于子模块两级主动控制的直流短路限流控制方法(submoduletwo-stage active control,STAC),通过两段故障检测判据和预设最大短路电流,构造关于直流电流的分段函数K,其输出决定减投子模比例,故障后降低直流电压抑制短路电流,同时设计适应于不同运行条件换流站MMC的控制参数,并且仅通过控制动作限流不产生额外成本。STAC不影响系统正常运行,限流过程维持功率传输。最后在四端直流电网中对STAC限流效果及其性能进行仿真分析。结果表明,所提限流方法能有效抑制故障电流,流经直流断路器故障电流降低49.7%,桥臂电流峰值降低23.15%,故障后100 ms恢复直流电压。

协调功率控制及环流抑制的模块化多电平换流器互联阻尼配置无源控制方法研究

目前,大部分模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的控制技术将功率传输与环流抑制分别进行建模和控制,难以保证系统的全局稳定性。为此,将具有全局稳定性和强鲁棒性的互联阻尼配置无源控制IDA-PBC(interconnection and damping assignment passivity-based control)方法应用于MMC的控制器设计中。在两相静止坐标系下建立MMC的数学模型和端口受控哈密顿模型,推导了IDA-PBC控制器的表达式和控制参数范围,与其他MMC控制方法不同的是,IDA-PBC控制器可以在控制功率传输的同时实现环流抑制,并可以得到控制参数取值范围,进而能够综合分析控制系统的稳定性。最后,通过仿真研究验证了所提控制策略的可行性和有效性。

MMC-HVDC双极故障条件下自适应限流控制策略

直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)广泛应用于柔直输电系统,其造价与开断电流密切相关。文中从减小断路器开断电流的角度出发,设计适用于半桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的自适应限流控制结构。在分析MMC直流侧短路电流特性的基础上,利用换流站输入阻抗幅值的变化反映其故障深度,定义换流站故障深度系数K f;将K f引入MMC控制结构,使其与桥臂电压参考值关联,提出针对MMC直流侧短路故障的自适应限流控制方法;在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC柔直输电系统模型,模拟直流侧短路故障清除过程,验证限流控制的有效性。仿真结果表明:文中提出的限流控制方法可依据MMC不同故障深度,实现差异化限流控制,减小DCCB开断电流,提升故障清除速度。

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管(IGBTs)产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。

考虑桥臂参数不对称和子模块故障的MMC协同控制策略

近年来,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)受到广泛关注并得到迅速发展,在实际工程中,MMC上、下桥臂参数不可避免地会存在不一致;另外,当MMC桥臂子模块因故障旁路时,会导致6个桥臂子模块数目的不对称,以上两种桥臂不对称现象,均会打破MMC内部原有的能量均衡,同时导致换流器阀侧电流出现直流和2倍频谐波,以及导致直流电流中出现基频和二倍频谐波等问题。为解决以上问题,该文考虑桥臂参数不对称和子模块数目不对称同时存在的复杂工况,提出了MMC协同控制策略,此策略在充分保留子模块电压保护裕度的前提下,即可抑制桥臂参数不对称导致的直流侧/交流侧谐波,又可抑制桥臂子模块数目不对称导致的谐波,有效的改善了MMC交直流输出外特性的性能。最后,搭建了双端MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析及所提策略的有效性。

电网故障时基于MMC-PET接口风力发电系统的建模与控制

近年来,电力电子变压器(power electronic transformer,PET)作为电网接口的风能转换系统,无需额外的无功补偿器便可有效地抑制由风能暂态特性引起的电压波动,引起了广泛关注。但采用传统的PET结构在电网发生故障时难以控制,当电网处于不平衡时会使得控制难度进一步增加,且难以保证系统的动态性能。因此,为提升系统动态性能,增强系统的故障穿越能力,文中提出一种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型PET的新型风能转换系统的结构与控制策略。首先,文中根据系统故障时的工作状态设计基于无源滑模控制的故障切换控制策略,采用具有斩波保护功能的子模块以及时疏解故障功率;其次,利用软件仿真和半实物仿真实验平台选取典型工况对系统进行详细的模拟研究;最后,将应用文中控制策略的新型风力发电系统与传统的风力发电系统进行对比实验,实验验证了采用文中控制策略的新型系统结构具有无功功率补偿、有效限制故障时子模块电压升高和改善电能质量等优点,且满足故障条件下电网运行的最新要求,具有优秀的故障穿越能力。

混合子模块MMC结构的直流变压器控制系统设计

为了提高混合子模块MMC结构直流变压器的运行稳定性,解决现有控制系统存在的控制效果不佳的问题,从硬件和软件功能两个方面,实现直流变压器控制系统的优化设计。按照混合子模块MMC结构改装控制器,优化可控电抗器的内部结构,调整过流保护电路的连接方式,完成硬件系统的优化。根据直流变压器的混合子模块MMC结构和工作原理构建等效模型,在该模型下,检测直流变压器的实时运行数据,计算电压和电流的控制量。在控制器的作用下,通过直流输出电压闭环控制、电流解耦控制和子模块均压均流控制3个步骤,实现系统的控制功能。通过系统测试得出结论:应用设计的控制系统,直流变压器的电压与电流控制误差均低于预设值,且电压不均衡度指标仅为0.002,由此说明优化设计系统具有良好的控制效果。

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。

三相电网不平衡下MMC多变量保护控制策略及系统运行性能研究

对于模块化多电平变流器(multi-modular converter,MMC)变换器,电网不平衡不仅会导致变流器网侧电流波形质量变差、系统瞬时有功功率和无功功率纹波增加,还会引起桥臂环流增加、桥臂电压以及上下桥臂中点电位的不平衡问题。该文分析了灵活的多变量保护控制策略控制参数k对系统的影响,并给出了参数k和交流网侧电流质量、桥臂电流、桥臂电压纹波以及上下桥臂电容电压差多个控制变量的关系式。文中首先描述了MMC系统电流方程、电压方程以及能量的动态方程。基于上述系统方程,重点分析了多变量保护控制算法控制参数k对MMC运行状态的影响。为避免过电压或过电流问题估算出电网故障时系统传输的最大有功功率。最后利用实时仿真平台对该方法及理论分析进行了仿真验证。针对4组控制参数k进行仿真,其结果和理论分析一致。

阶梯式模块多变量动态矩阵控制器在常压塔加热炉中的应用

本文介绍阶梯式模块多变量动态矩阵控制器 .它采用模块化的分层控制器结构 ,将目标按重要性次序分配至各控制模块求解 ,采用阶梯式控制策略克服预测控制算法运算复杂的缺点 ,使计算大为简单 ,算法鲁棒性增强 .采用本算法实现了常压塔加热炉的温度控制 。

模块多变量自校正控制器

为了解决控制中的约束问题 ,将模块多变量控制思想与自校正控制器相结合 ,并引入阶梯式控制 ,构造一种新的自校正控制器 .本文介绍了该控制器设计方法并给出了仿真结果 .

基于直流电压动态修正的柔性多状态开关自适应下垂控制

为了满足配电网的多种互联需求,柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)已衍生出多种互联应用的技术形态,多端FMSS与双端FMSS相比更具经济性和可靠性,已成为研究热点。传统下垂控制通过改变直流侧电压实现不平衡功率的消纳,但直流侧电压的偏离会影响系统安全可靠运行。针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端FMSS系统,提出了一种改进型下垂控制策略,根据换流器消纳的有功功率实时动态改变直流电压的参考值和下垂增益,实现了直流电压的无偏差运行,既能避免换流站过载,又能解决不平衡功率消纳引起的电压偏离问题,提高了系统的稳定性。另外,由于MMC自身结构特性和PI参数整定困难,将传统的电流内环改为模型预测控制,并采用典型的二阶Runge-Kutta法对状态方程进行离散化,提高了控制精度。最后基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了四端FMSS系统模型,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

电网不平衡下MMC多变量保护控制器参数设计研究

电网不平衡不仅会导致模块化多电平变流器(multimodular converter,MMC)网侧电流波形质量变差,还会引起桥臂电压不平衡、桥臂环流增加等一系列问题。为避免MMC系统发生过电压或过电流的安全问题,考虑交流侧最大工作电流、桥臂最大电容电压纹波以及最大注入无功三个方面的工作条件限制,分别从理论角度推导出多变量保护控制算法下控制参数k的计算公式。首先分析了MMC系统电流方程、电压方程以及能量的动态方程。基于上述系统方程,考虑MMC系统允许的工作范围如交流侧最大工作电流、桥臂最大电容电压纹波以及最大注入无功三个方面,详细给出了参数k的设计原则和流程。最后,利用实时仿真平台和MMC样机对理论计算给出了仿真和实验验证结果。

模块多变量预测控制及其在羰基合成反应器中的应用

提出了一种模块多变量预测控制算法 ,实现了两个并列运行的羰基合成反应器的约束控制 ,使两个反应器出口的CO分压都保持在工艺约束范围内 ,同时将反应器进料配比控制在反应器在线操作优化软件给出的最佳值附近。运行结果表明 ,这种控制方案具有很大的灵活性和优秀的控制品质。

阶梯式模块多变量模型算法控制器研究

针对多变量过程控制问题,将模块多变量与预测控制中的模型算法控制相结合,提出了模块多变量模型算法控制器。它将控制目标按照优先级排序,从高到低依次实现各个控制目标。算法中引入阶梯式控制策略,使得解决动态MMC问题成为可能。并用Shell标准问题作为研究对象,对算法作出仿真验证。实验证明该算法结构简单,可以解决动态模块多变量的问题,计算量较小,设计和改造相对容易。这些特点使模块多变量模型算法控制器具有很高的应用价值。

模块多变量动态矩阵控制(MMDMC)软件包及其应用

介绍我们自己开发的模块多变量动态矩阵控制 (MMDMC)软件包及其应用。MMDMC不仅适用于复杂的化工过程控制 。

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。

MMC子模块电容电压平衡控制及环流抑制策略

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converters,MMC)的环流是指在公共直流母线正负极之间或者不同相桥臂之间循环流动的电流,会造成MMC整相桥臂输出电压之和不等于直流侧电压,从而在环流中引起大量谐波。为了消除谐波且实现无误差控制,选取PIR控制器对环流交流量进行控制,将三相环流变换至dq坐标系下,再与该坐标系下各轴环流分量参考值进行比较,经过PIR调解器进行控制,再进行反变换,回到三相静止坐标系,输出MMC阀侧k相电压参考值,从而抑制环流。