电网不平衡下基于SOGI的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响系统性能。首先,本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理,得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后,提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的环流抑制策略,该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制,采用比例积分(proportional integral,PI)控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量,采用准比例谐振(proportional resonant,PR)控制环流的零序2倍频分量。最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型,将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明:在单相非金属接地故障时,与其他3种环流抑制策略作对比,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA,将谐波畸变率降低到0.03%,表明所提策略的优越性;同时在两相非金属接地故障时,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA,谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。

基于改进的准比例谐振控制MMC逆变器环流抑制策略

模块化多电平逆变器(MMC)由于子模块电容电压的波动引起电容电压的不平衡,进而导致相间环流(CCSC),给系统造成一系列的影响。结合环流谐波成分分析,设计一种基于改进的准比例谐振(QPR)控制器的环流抑制策略,通过改进控制器的控制方式,采用坐标变换将环流中负序的二次环流谐波和正序的四次谐波同时转变成三次的环流谐波,然后采用改进的控制器来抑制变换后的三次环流谐波,对比传统PI环流抑制策略,分析了改进的QPR控制器的可靠性。基于MATLAB/Simulink平台上搭建五电平的MMC逆变器仿真模型,验证所提出控制策略的有效性和可靠性。

基于MMC环流模型的通用环流抑制策略

模块组合多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的环流直接影响MMC的工作特性。该文推导了MMC环流、桥臂电流和公共直流母线电流之间的数量关系,指出环流是引起公共直流输入/输出功率存在低频脉动的原因。为实现对MMC环流的有效抑制,提出一种基于MMC环流模型的通用环流抑制(universal circulating current suppressing,UCCS)策略,实现原理简单,无需负序坐标变换和相间解耦环节,适用于任意相数的MMC控制,并进行了仿真和实验验证。结果表明,UCCS策略能显著抑制环流中的低频交流脉动分量,消除桥臂电流的畸变,同时可有效抑制公共直流输入/输出功率脉动,有利于MMC系统的稳定可靠运行。

基于MMC的铁路功率调节器环流抑制策略

针对铁路电力机车负荷对电网带来的电能质量问题,多电平铁路功率调节器(MRPC)能够满足高压大功率应用领域的要求,实现电能质量的改善和调节。然而,MRPC内部存在的桥臂环流将影响MRPC输出特性。本文首先建立了三桥臂MRPC环流模型,分析了MRPC环流、桥臂电流和交流输出电流之间的数学关系,在此基础上对MRPC环流机理和构成进行了分析。为了抑制MRPC环流,提出了基于比例谐振调节器的环流抑制策略,该方法可以降低补偿延时,改善环流抑制效果。最后,通过RT-LAB实时仿真平台,对三桥臂MRPC环流抑制策略进行了仿真验证,结果验证了该方法可以显著抑制桥臂环流,使得MRPC系统稳定运行。

不平衡状态下MMC双回路环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)的内部环流将会增加换流器的功率损耗,降低桥臂容量利用率;同时加剧桥臂电流畸变,影响开关器件的安全运行。因此,需要采取有效的控制手段抑制环流。该文通过详细的相单元瞬时能量理论推导,得到MMC内部环流和环流抑制控制器输出电压间的交互作用会造成环流四倍频分量增加的结论。在基于准比例谐振调节器的环流抑制策略基础上,添加环流辅助控制回路,提出了一种环流抑制能力增强型的双回路环流抑制策略。通过合理整定调节器参数可以改善环流抑制控制器的闭环零极点分布,增强控制系统的稳定性,同时提高环流抑制控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力。在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC详细仿真模型,验证了双回路环流抑制策略的正确性和有效性。

三相PWM逆变器直接并联系统零序环流分析与抑制

环流抑制是实现三相PWM逆变器直接并联系统重要关键技术之一。首先在同步旋转坐标下建立了三相PWM逆变器直接并联系统的零序环流数学模型,结合逆变器空间矢量调制算法详细分析了环流抑制原理。在此基础之上,提出一种基于比例谐振与非零矢量占空比前馈控制的环流抑制策略。该策略可通过调整逆变器空间矢量中的零矢量,在减小环流幅值/有效值的同时,可进一步抑制并联零序环流中的工频波动。最后通过试验给出了不同控制策略下的环流抑制波形,充分证明了所提策略的有效性,为三相PWM逆变器直接并联系统可靠稳定运行提供技术支持。

基于模块化多电平变换器的高压直流输电系统环流控制策略

模块化多电平变换器由于其扩展的容易性,在高压直流输电领域具有突出的优势,针对MMC固有的环流问题,提出了一种有效的环流控制策略,该控制策略既包含环流的利用也包含环流的抑制。首先通过对MMC内部运行机理的分析,得到平衡上、下桥臂子模块电容电压的条件,分析表明可通过环流控制实现上、下母线电容电压和与差的控制,并设计了基于PI与PR调节器的环流利用策略;其次针对环流中的有害成份,提出了一种基于多重PR控制器的环流抑制方案;最后通过算例分析,验证了所提环流控制策略的正确性和有效性。

电网不同运行条件下MMC环流抑制技术研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)环流的产生将导致桥臂电流发生畸变。环流的抑制也是MMC拓扑应用于实际工程的技术难点和重点之一。首先概述了MMC研究现状,对电网不同运行条件下MMC环流产生机理进行了分析;然后根据电网不同运行工况,从适用于三相对称系统、三相不对称系统以及两种工况条件下皆适用的角度对现有的环流抑制策略进行分类讨论;最后针对电网不同运行条件下MMC环流抑制策略的特性、优缺点分别进行了对比,得到了电网不同运行工况下较优的环流抑制策略,并对MMC环流抑制的发展趋势进行探讨。

提高模块化多电平换流器功率输送能力的新型环流控制算法

提高MMC-HVDC换流器开关器件的电流利用率可扩大同一换流器的功率输送能力,间接降低MMC-HVDC换流器的造价。鉴于此,本文根据模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的工作特点,提出了一种考虑采用二倍频谐波电流注入的新型环流控制策略,并通过数学推导给出了二倍频正弦谐波注入时谐波幅值和相位的计算方法,采用本方法可减小桥臂峰值电流达20%以上,提高了换流器的电流利用率,从而提升换流器有功功率输送能力达25%。最后在RTLAB中搭建MMC仿真模型,并对新型环流抑制策略进行了仿真验证,仿真结果验证了所提控制策略的理论正确性和实施有效性。