一种低频储能型MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对低频工况下传统MMC子模块电容电压幅值大幅波动的问题,提出一种基于超级电容和双向DC/DC变换器的新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略,采用基于子模块整体能量排序算法的双向DC/DC变换器控制超容储能系统,以维持MMC低频工况下子模块的电容电压稳定。通过MATLAB/Simulink对新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略进行仿真研究,仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制低频工况下子模块电容电压的波动。

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。

基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)的传统均压策略中子模块反复投切和器件损耗大等问题,提出一种基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略。将子模块电容电压利用归并排序算法进行排序,利用电容电压的平均值和不平衡度来设定其投切的最优范围,在允许的子模块电容电压波动阈值范围内,减少系统中子模块不必要的反复投切,减少器件的损耗。建立MMC电容电压均衡策略的仿真模型,验证该策略的有效性和可行性。

可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略

低频输电作为一种新型输电技术,在海上风电送出、新能源场站送出等多个场景具有良好的应用前景。但在不对称故障下,故障侧功率不对称将严重影响模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,M3C)的电容电压均衡,对低频输电系统安全稳定运行产生不利影响。为此,提出了一种可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略。首先,介绍M3C的系统结构及双αβ0数学模型,并分析不对称故障下电容电压不均衡的原因。然后,基于双αβ0数学模型针对输电线路不对称故障情况计算桥臂功率不均衡分量的表达式,通过M3C功率平衡关系引入电流补偿分量,消除桥臂功率的不均衡,并得到适用于不对称故障的环流控制目标,进而通过环流控制实现故障下M3C电容电压的均衡。最后,搭建基于M3C的低频输电系统仿真模型验证所提控制方案的可行性和有效性。

模块化多电平变换器型UPFC系统子模块电容电压均衡控制策略

针对基于模块化多电平变换器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)系统存在的功率子模块电容电压不均衡问题,提出了一种改进型的子模块电容电压均衡控制策略。在Matlab/Simulink平台下搭建仿真模型,模拟结果表明:相比于两种传统的子模块电容电压均衡策略,该控制策略不仅能够实现功率子模块电容电压的均衡,还能够降低子模块的开关损耗。

基于快速排序法的MMC电容电压均衡控制策略

随着基于模块化多电平换流器的柔性直流输电工程容量和直流侧电压等级的提高,对子模块电容平衡控制提出了更高的要求。为降低众多子模块均压排序的计算量及MMC开关损耗,提出一种基于分治思想和快速排序算法的改进子模块电容电压均衡控制策略。根据每个控制周期的投切控制指令和桥臂充放电状态,将待投切子模块电容电压值进行两轮分组,然后根据具体投切数量在最小范围内选取与额定电容电压差值较大的子模块进行投切操作,从而避免对所有子模块进行重复排序。最后,通过在PSCAD/EMTDC中搭建MMC模型对本文方法进行了验证,结果表明该策略可以有效减小排序计算量并降低MMC开关损耗。

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。

模块化多电平换流器电容电压均衡控制策略研究

模块化多电平换流器(MMC)中各个子模块的电容电压均衡问题亟待解决。在分析MMC拓扑结构及其工作原理的基础上,结合载波移相调制方法,提出了一种基于PI控制器的电压均衡控制策略。该策略包括平衡电容电压和抑制桥臂环流两部分,通过调整调制信号的波形,进而改变各个电容的充放电时间,使电容电压保持一致并跟踪其给定值。该控制策略无需对所测得的电容电压进行排序,减少了IGBT的开关频率,大大降低了系统损耗。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上对MMC系统进行验证,结果表明控制策略正确有效。

改进模块化多电平变流器电容电压均衡控制策略研究

本文提出了新的均压控制策略。在变流器电平数不发生改变时,校验电容电压的范围,并通过投切电容电压满足要求的子模块以减小电容电压的波动,当电平数发生改变时,通过对未投入子模块进行排序,再投入或切除所需数目的子模块,减少了开关次数及排序的运算量,最后采用Matlab/Simulink仿真软件对两种控制策略进行仿真,证明了新的控制电压均衡策略有较好的控制效果。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)传统子模块(sub-module,SM)均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。

基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法

基于MMC(模块化多电平换流器)的SCES(超级电容储能系统)是解决大规模可再生能源并网问题的关键技术之一,但超级电容的差异性将导致SOC(荷电状态)不一致,从而影响储能容量利用率。针对此问题,提出一种基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法,通过储能功率的改变和子模块电容电压平衡实现各级SOC均衡。在PSCAD/EMTDC中搭建双端输电系统验证所提控制策略的可行性和有效性。结果表明:所提出的SOC均衡策略大幅减少了控制器的数量,简化了控制系统;采用状态排序与增量投切的电容电压平衡控制策略可以在SOC均衡的同时有效减少IGBT开关次数,降低了开关损耗。

基于飞渡电容的超级电容串联均衡电压策略研究

超级电容具有容量大、充放电功率大、寿命长的特点,然而超级电容在串并联时,存在电压不均衡问题,单体超级电容出现过充、欠充问题,导致超级电容的利用率不高,甚至损坏超级电容。本研究采用电解电容作为飞渡电容,实现超级电容串并联时充放电电压均衡,即通过电解电容作为超级电容之间相互充放电的媒介,使各个单体超级电容两端的充电电压恒定。为验证提出的方法,搭建了仿真模型。仿真结果表明,该方法可实现串并联超级电容的两端电压一致。

模块化多电平换流器的电容电压均衡优化控制策略

针对传统模块化多电平换流器(MMC)电容电压均衡策略计算量大、开关频率高的问题,提出一种优化的电容电压均衡控制策略,以待排子模块电容电压序列的中位值作为基准值,进行比较递归得到投入组与切除组模块信息,减少排序过程的比较次数;同时,设置子模块电容电压离散度阈值,在子模块电容电压一致性允许的前提下减少子模块非必要的频繁投切,降低开关频率。最后,在Matlab/Simulink中搭建MMC仿真模型,验证所提策略的可行性和有效性。

基于变基准值比较的MMC电容电压优化均衡控制策略

模块化多电平换流器的子模块电容电压均衡是其稳定运行的关键,传统电容电压均衡策略计算量大,器件平均开关频率高。提出一种基于变基准值比较的电容电压优化均衡控制策略,由最近电平逼近调制计算出当前投入模块的数目,并根据投入模块个数调节基准值,以此基准值为分界点将子模块电容电压序列分为两组,采用随机置乱算法对组内元素排序,根据桥臂电流方向,确定组间排序先后次序,最终确定投入模块信息。同时,通过电容电压优化函数选取合适的电容电压允许偏差阈值及调节因子,实现对器件平均开关频率和电容电压一致性的优化控制;在MATLAB/Simulink中搭建基于MMC的三相逆变器仿真模型,验证所提策略在取得良好均压效果的前提下,降低计算量,同时降低器件平均开关频率。

交流不对称工况下MMC环流抑制与电容电压均衡协调控制策略

交流电网不对称工况下,模块化多电平换流器传统环流抑制及电容电压均衡控制策略虽将2倍频环流有效抑制、桥臂内部子模块能量得到平衡,但由于三相桥臂电压仍不对称,换流器损耗问题未明显改善.针对该问题,文中提出了一种环流抑制与电容电压均衡协调控制策略,考虑相间及同相上、下桥臂间能量转移问题,在传统2倍频环流抑制基础上增加直流环流、基频交流环流控制环节,并将其与电容电压均衡控制策略相互协调,以减小桥臂间的环流,达到降低换流器损耗的目的.通过在PSCAD中搭建77电平MMC-HVDC系统将所提协调控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析,结果表明该策略在交流电网不对称工况下对桥臂电压平衡及环流抑制效果远优于传统控制策略.

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。

新型电压自均衡开关电容多电平逆变器

为了使用更少的器件实现更多的输出电平,同时解决传统多电平逆变器开关器件在高电压下工作时,其电压应力较大,容易损坏的问题,提出一种新型单电源开关电容多电平逆变器拓扑。该开关电容逆变器拓扑通过研究开关电容技术与级联H桥逆变器的结合,采用脉宽调制的方式经过逻辑组合进行调制,实现了高效的电压增益和电平输出。在保证电容电压自均衡的前提下,仅使用单个直流电源输入,产生三倍电压增益的七电平输出。然后,为了进一步拓展该逆变器的应用范围,介绍所提逆变器的扩展结构,并简要分析其工作模式。同时与其他类似拓扑进行对比,证明该拓扑优势。最后为了验证理论分析的正确性,设计了仿真和实验样机,对逆变器的性能进行了详细测试。

引入自抗扰控制的MMC均压环流简化控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)正常工作时,子模块电容电压不平衡和三相桥臂间存在环流分量的问题,通过引入自抗扰控制,提出一种新的均压环流控制策略。分析子模块电容电压波动以及环流机理,提出基于自抗扰控制的单环子模块均压控制;结合二阶广义积分器滤波环节提取交流分量,使用准PR控制对环流二倍频分量进行抑制。在稳态、动态条件下进行实验,结果表明:在稳态条件下,基于ADRC的单环控制波动系数降低0.5%,环流抑制降低19%,输出电流畸变率降低0.46%;在动态条件下,可以快速达到新的稳定状态,对电容电压脉动有良好的抑制作用。

七电平逆变器电容电压自均衡控制策略研究

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的新型七电平逆变器拓扑,针对此结构提出了一种改进型的同相层叠(in-phase disposition,IPD)载波调制方法。该策略通过调整传统IPD调制载波在正弦调制波周期内水平方向的自由度,减少了半数的载波,大幅降低控制的难度,对其中的两个载波进行周期性互换,从而实现开关电容的电压自均衡。同时以单相七电平逆变器为例,对该结构的效率进行了详细的分析。最后通过搭建相应的Matlab/Simulink仿真和小功率实验平台验证调制方法和拓扑结构的有效性和实用性。