模块化多电平变换器的环流谐波抑制策略

在考虑子模块电压扰动的基础上,提出模块化多电平变换器(MMC)环流的等效控制模型,并在传统比例-积分环流控制器中加入谐振环节来有效抑制环路中的电压谐波扰动项,对环流中的低次谐波起到较好的衰减作用。为了获得更优的抑制效果,将重复控制引入到环流控制中,对扰动项中的各阶次都进行了很好的抑制,相比于多谐振控制的指定阶次抑制方法,重复控制策略形式更加简单、抑制效果更好。最后,对提出的多谐振抑制策略和重复控制策略进行了实验验证。

一种模块化多电平变换器环流谐波的抑制方法

环流的存在是模块化多电平变换器(MMC)的一种重要现象。分析了环流谐波产生前的电路初始状态,指出电路初始状态中的谐波电压是环流谐波生成的原始因素。在此基础上,提出通过对消引起环流谐波原始谐波电压来抑制环流谐波的思想,根据该思想,提出了抑制由输出电流产生的环流谐波的开环控制策略。为分析策略的有效性,提出了环流控制的一种通用等效模型。实验研究证实了所提策略正确性。

多极隐极发电机励磁绕组匝间短路时的定子分支环流谐波特性

为研究多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障机理,揭示多极隐极发电机励磁绕组匝间短路特性,详细推导了多极隐极发电机空载运行时励磁绕组正常与故障状态下,励磁磁动势、定子空载电动势及故障后定子绕组并联支路间环流的表达式。对比分析了故障前、后定子相绕组感应电动势以及定子分支环流,揭示了转子极对数p与故障后定子感应电动势及定子分支环流谐波次数之间的关系;并对励磁绕组短路位置相同、短路程度不同以及短路程度相同、短路位置不同时的谐波环流特性进行了分析,进而得到了定子分支环流与励磁绕组短路位置及短路程度间的关系。以一台核电半速隐极发电机为例,对励磁绕组同位置、不同程度以及同程度、不同位置的短路过程进行了仿真,仿真结果与解析结果一致,验证了理论推导的正确性,为多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位提供了理论基础。

逆变器并联系统中谐波环流抑制的研究

逆变器中,电压瞬时值反馈调节对死区等因素造成的输出电压波形畸变有着很好的校正作用,但在实验中发现,对于大功率逆变器,由于滤波电感及并机电抗都很小,使得死区等因素可引起很大的谐波环流,而电压瞬时值反馈控制对这种谐波环流的抑制能力是非常有限的。该文为研究谐波环流的产生机理及瞬时值反馈控制对谐波环流的抑制作用,建立了基于谐波扰动的逆变器模型。研究表明,瞬时值反馈控制对谐波环流的抑制能力与其波形校正能力存在相互关系。通过对电压单环,电压电流双环控制的谐波环流抑制能力的比较,发现波形控制效果较好的瞬时值反馈控制,对谐波环流也有较好的抑制作用。仿真与实验验证了上述结论。

组串式LC型光伏逆变器并网谐波环流及其抑制策略分析

组串式LC滤波型三电平并网逆变器并联入网结构广泛用于光伏发电系统中,其非隔离特性可导致逆变器之间差模谐波环流问题。为分析谐波环流的影响因素和具体形态,首先在理想情况下建立了差模谐波环流模型,得出谐波环流与功率器件开关暂态的关系,以及环流谐波峰峰值与各逆变器不同步的载波交错角度和电网矢量角度的关系,并考虑非理想情况下寄生参数对谐波环流的影响。在此基础上,分别分析3种典型的环流抑制方案对模型中输出环流的影响,得出各方法的优缺点和适用范围。

变流器并列运行系统中非特征谐波环流分析及其抑制方法

冀北电网中,先后出现了变流器的非特征次谐波环流问题。某500 k V变电站变流器并联运行时发生了一次故障,以该故障为例,通过分析变流器故障录波数据,发现多台变流器并列运行容易发生非特征谐波环流。通过分析环流与变流器拓扑结构之间的关系,得出级联H桥多电平变流器更容易发生非特征谐波环流;然后,通过电磁暂态仿真复现了故障现象,仿真结果验证了所得结论的正确性。最后,提出了解决非特征次谐波环流的措施。

多模块APF并联系统高频谐波环流分析与控制

有源电力滤波器(APF)的高频开关谐波由于通常不包含在电流闭环控制回路内而表现为电压源特性,造成多模块APF模块间的高频谐波环流,增加了系统功率损耗,降低了系统稳定性和控制精度。针对上述问题,对多模块APF并联系统高频谐波环流进行研究,通过构建系统高频谐波环流数学模型,详细分析了环流的形成机理及其影响,并分析了模块输出滤波器(OF)对环流的影响。最后,提出一种多模块APF协调控制方法,以抑制系统高频谐波环流。理论分析和实验结果表明:各模块SPWM载波不同步是高频谐波环流的主要成因;高频环流不流入电网系统;OF能抑制各模块高频谐波电流的非环流分量,而对于环流分量并无明显的抑制效果,相反会降低系统的稳定性;所提模块化APF并联协调控制方案可有效抑制系统的高频谐波环流。

并联逆变系统谐波环流的抑制方法及功率计算

为了抑制并联逆变系统的谐波环流,提高系统的电压输出质量,分析了谐波环流产生的原因,利用下垂特性将谐波功率环引入系统控制,并基于此提出多反馈并联控制策略及其参数设计方法,并采用更加实时的谐波环流功率计算方法,实现基波及主要次谐波的功率均分,有效抑制谐波环流。实验结果证明,基于新的谐波功率计算的多反馈并联控制策略能更好地抑制谐波环流。提高并联逆变系统的电压输出质量。

逆变电源并联的谐波环流抑制研究

在逆变器系统中,滤波电感对死区等因素造成的波形畸变能够有效地抑制。对于大功率的逆变器,当滤波电感及并机电抗都很小时,死区等因素可引起很大的谐波环流。研究了逆变器的基本原理,描述了谐波扰动的双环控制模型,介绍耦合电感抑制谐波环流的方法。在此基础上建立了无互联线逆变电源并联的数学模型。研究表明耦合电感能有效的抑制谐波环流,电压电流双环反馈控制有效的抑制并联逆变电源间的环流。

风电场汇流站SVG并联系统谐波环流机理及其负面影响分析

针对风电场汇流站并联静止无功发生器(SVG)可能发生机间谐波环流的问题,以级联型H桥SVG并联系统为研究对象,依托系统等效电路分析机间谐波环流发生机理,并推导谐波环流解析式。基于单极倍频载波移相调制原理分析谐波环流与低频扰动产生之间的内在联系,利用离散迭代映射方程研究谐波环流幅度与H桥SVG直流电压分岔的因果关系;通过建立控制系统传递函数模型,研究谐波环流对系统直流电压稳定性造成的不利影响,指出级联型H桥拓扑结构可能增加机间谐波环流发生的风险,而谐波环流是导致直流电压失稳的主要原因。通过仿真验证了所提谐波环流及其负面影响理论分析方法的正确性。

逆变电源并联系统的谐波环流抑制研究

针对逆变电源并联系统中的谐波环流问题,在分析了单个逆变电源谐波扰动数学模型及逆变电源并联系统中谐波环流产生原理的基础上,提出对逆变电源并联系统中的单个逆变电源模块采用电流内环、电压外环的双环控制方式,并在逆变电源输出端增加耦合电感的方法来抑制系统中的谐波环流。理论分析及仿真结果验证了该方法的有效性。

STATCOM谐波环流与子模块电压失衡分析与平抑方法

配电网并联STATCOM机间谐波交互作用可能导致其系统运行失稳,文中从链内子模块载波的相对位置出发,分析非特征次谐波产生的根本原因,通过归纳电容吞吐有功功率变化规律,研究了谐波环流与子模块电容电压失衡之间的交互影响机理,构建了子模块电容电压均衡优化控制方法,最后搭建电平STATCOM双机仿真模型进行验证,仿真结果证明了理论分析和控制方法的正确性。

基于二次谐波环流注入方法的混合MMC电容电压平衡控制策略

当高压直流输电系统直流侧电压降低时,混合模块化多电平变换器(MMC)将工作在过调制状态,面临电容电压不平衡的问题。分析过调制状态下混合MMC中半桥与全桥子模块电容充放电过程与能量变化,提出一种简化的二次谐波环流参考幅值的生成方法。采用二次谐波环流注入方法避免混合MMC中半桥与全桥子模块电容电压不平衡的发生,实现半桥与全桥子模块电容在一个周期内的充放电平衡,使混合MMC在直流电压降低时继续传输有功功率。仿真与实验结果表明,所提出的二次谐波环流注入方法能够有效实现混合MMC在过调制状态下的电容电压平衡。

MMC-HVDC三相解耦二次谐波环流抑制算法

随着模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电工程电压等级和输送容量的大幅提升,其拓扑结构中的桥臂串联子模块数急剧增加,使得整个换流阀的控制系统更加复杂,子模块电容电压均衡及二次谐波环流抑制等技术问题将更加突出。如果采用传统的最近电平逼近调制(NLC)策略对换流器进行控制,MMC内部存在明显的二次谐波环流。为了抑制二次谐波环流,假设环流中只含有直流分量,根据换流器交、直流侧瞬时功率平衡,推导出直流环流电流的计算公式,进而分别求得上、下桥臂子模块电容电压的参考值,该参考值在一个工频周期内围绕某一恒定值呈周期性变化,可使得各子模块电容电压的不均衡程度明显降低,二次谐波环流得到有效抑制。与传统的NLC策略相比,文中算法可以降低子模块电容电压的波动幅度,改善交流侧输出电压、电流的波形。当电容器容值存在差异时,文中算法还可以减小容值较小的电容器投入运行的时间,延长其寿命。最后,仿真结果验证了文中算法的有效性。

光伏发电系统逆变器并联运行谐波环流的抑制研究

基于能源危机和一次能源存在环境污染、面临枯竭等问题,新能源的开发极其重要,在现存的新能源序列当中,太阳能资源备受青睐,为了解决目前能源存在的问题,提高太阳能资源的利用率,太阳能光伏发电由此诞生。在实际光伏发电中,以逆变器并联为核心,尽管其会更好地保证系统的稳定性,但其在受非线性负载加入等冲击下极易产生谐波环流,为更好消除此环流,本文设计改进了逆变器输出端LCL滤波器和在传统下垂控制中重新引入新的下垂量,同比例调整两个环节。最后在MATLAB/SMULNK中搭建仿真系统,通过实验结果分析可得,所提策略会使逆变器并联系统的稳定性和滤波效果更加优越,能更好地满足电网的要求。

一种基于电压过零点的差模谐波环流抑制方法研究

储能变流器广泛应用于新能源储能电站系统中,多台变流器交流侧并联连接时由于差模回路,因此产生高频谐波环流问题。为了分析高频谐波环流的具体形态及对产品的影响,首先建立多台并联变流器谐波环流等效模型,对多机并联谐波环流特性进行分析。进而提出一种基于电压过零点的差模谐波环流抑制方法,最后通过仿真和实验验证了相关抑制策略。

MMC环流抑制策略的暂态分析

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)内部存在环流问题,导致功率损耗和系统成本增加。在分析MMC环流产生机理的基础上,阐述了基于二倍频负序坐标变换、基于准比例谐振和基于内模控制的三种环流抑制器的控制原理,提出一种评价环流抑制器性能优劣的指标,即环流谐波占比。通过仿真对比三种策略在系统稳态运行、直流电压阶跃和接收功率阶跃等三种工况下的指标大小,得出结论:基于内模控制的环流抑制策略更适用于系统稳态运行的工况;基于准比例谐振的环流抑制策略抗干扰能力最强,更适用于系统发生直流电压或功率突变的工况。

模块化多电平变换器环流及电容电压的稳态解析表达式

环流谐波及电容电压波动是模块化多电平变换器(MMC)的一个重要研究课题。本文通过一个MMC的等效模型推导出了由输出电流引起的环流谐波及电容电压波动的解析表达式,指出环流谐波本质上是存在于系统直流侧的谐波电压引起的激励,分析了环流谐波相生的原理。根据表达式,分析了系统参数对环流谐波的影响,得出结论,即环流谐波幅值随系统频率等参数的变化呈谐振特性。最后通过仿真研究证实了所提表达式的正确性。

基于模块化多电平变换器（MMC）的UPFC新型环流抑制方法

在电力电子领域,针对模块化多电平变器(modular multilevel converter,MMC)在统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)中应用时存在严重的环流谐波问题,分析平均电容电压控制模型,总结优缺点,给出数字控制改进方法。该方法在平均电容电压控制模型中加入环流直流电压提取环节以及准比例谐振的二倍频消除环节。针对改进部分,综合考虑稳定裕度和稳态精度后,在离散域中给出参数设计方法。最后,在MMC样机上分别对改进前后的控制方案进行实验。实验结果表明,改进后的方案具有良好的子模块电容电压均衡效果及环流中低频二次谐波抑制能力可验证方案的有效性以及参数设计的合理性。

基于MMC的整流系统在不对称桥臂下的环流抑制方法

模块化多电平变换器(MMC)存在内部环流,在MMC系统上、下桥臂不对称情况下其环流复杂程度增大。基于平均电容电压的控制模型,通过引入低通滤波环节与准比例谐振控制的方法,完成了对MMC系统在不对称桥臂下的环流抑制。最后,在MATLAB/Simulink仿真系统与实际的三相MMC样机平台上,分别对改进前后的控制方案进行实验。通过仿真与实验结果,验证了基于MMC的整流系统在上、下桥臂不对称情况下,环流抑制策略的有效性。