考虑电容电压平衡的混合型MMC调制波分配策略

针对过调制运行下混合型模块化多电平换流器半桥与全桥子模块之间的电容电压不均衡问题,提出一种桥臂调制波内部动态分配控制方法。首先分析混合型模块化多电平换流器子模块电容电压差异的产生机理;然后提出一种桥臂调制波分配方法,以两种子模块电容周期能量积累差异为控制对象,通过调制波初步分配和限幅环节动态修正调制波在半桥与全桥子模块之间的分配比例,最终生成相应的调制信号;最后,通过仿真与硬件在环实验验证所提策略的有效性。

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。

基于移相控制的高频链模块化多电平直流变压器分布式控制管理策略及轮换电容电压平衡方法

该文针对应用于高压直流互联系统的高频链模块多电平直流变压器（high-frequency-link modular multilevel DC/DC transformer,H-M2DCT）移相控制策略进行研究。首先,提出移相控制在该结构直流变压器中的应用原则,并对该方法下的H-M2DCT运行特性进行详细分析,同时提出其适用于不同调制方法的通用数学模型;在此基础上提出H-M2DCT基于移相控制原理的分布式控制系统架构。在该架构下,H-M2DCT分别以两个全桥组别的独立相桥臂为基本控制单元进行分布式控制,每个桥臂之间的控制系统相互独立,且具有模块化与即插即用等特点,并利用该架构设计H-M2DCT的3种工作模式,从而拓宽其应用场景;同时,根据H-M2DCT的高频特性,提出适用于H-M2DCT的轮换电容电压平衡策略,减小了调制系统的计算负担与换流器的开关附加损耗,从而提高了每个桥臂调制系统的运行速率与换流器的运行。最后,基于新一代Si C功率器件,通过样机实验,对所提出的基于通用数学模型的控制管理策略及轮换电容电压平衡策略进行验证,实验结果证明了所建通用数学模型的正确性及所提策略和方法的有效性。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

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。

一种基于电容电压排序的MMC均压策略

子模块电容电压平衡问题是模块化多电平变换器(MMC)控制中的重难点,也是影响MMC输出特性的重要因素之一。本文分析了一种基于电容电压排序的子模块均压策略,其根据各子模块电容电压值和桥臂电流流向,给各子模块分配相应脉冲信号以实现均压控制。通过在Matlab/Simulink平台上的仿真分析,验证了此均压策略的正确性及有效性。

分组动态自调整的MMC电容电压平衡策略及其在船舶中压直流系统的应用

为解决传统基于排序法的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡策略计算时间长、子模块分配效率低等问题,研究一种分组动态自调整的MMC电容电压平衡策略。根据各组子模块电容电压波动范围以及电流方向,该策略能实时向各组分配不同数量的子模块,且能显著地降低由排序带来的计算量。经仿真验证,对比子模块不分组或平均分组的情形,所研究的策略既能快速运行,又能保持组间和组内子模块电容电压的稳定,能进一步提升船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)系统的整体效率。

链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究

链式结构的STATCOM以其损耗小、效率高、输出电压谐波含量少、易于模块化等优点,被广泛应用于各类STATCOM样机及工程中。然而这种结构的STATCOM存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时可能导致STATCOM装置无法正常工作。针对这一突出问题展开研究,分析了各种可能影响到直流侧电容电压不平衡的因素,认为并联损耗、混合损耗和脉冲延时是主要的影响因素。从能量平衡角度归纳了4种常见控制策略,从控制变量角度归纳了3种常见控制策略,最后介绍了1种便于软件实现的新型直流侧电容电压不平衡控制策略,并给出了相关推荐意见。这些可为STATCOM工程设计者提供参考。

二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究

分析了二极管钳位型多电平逆变器在全负载范围内的电容电压平衡问题。首先在五电平逆变器数学模型的基础上对电容电压平衡规律进行分析;然后详细研究了逆变器开关切换规则与PWM控制策略,进一步提出采用目标函数最优的方法对可行开关序列寻优,实现电容电压平衡控制。仿真分析得出了全负载范围内的电容电压平衡域曲线。结果表明,在高功率因数和大调制比下电容电压很难达到动态平衡,五电平逆变器很难直接应用于全速度范围的中压交流调速领域。

超级电容储能系统在电网电压不平衡风电系统中的协调控制

基于在直流母线上加装超级电容储能系统的方案,提出了基于网侧电流约束条件的协调控制策略,采用PR调节器对网侧变流器的电流信号以及直流母线上的波动功率进行控制,从而实现电网不平衡工况下直流母线电压的稳定运行。

链式STATCOM直流电容电压平衡控制

结合链式静止同步补偿器(STATCOM)的直流电容电压稳态数学模型,分析了H桥参数差异对直流电容电压平衡的影响;针对直流电容电压不平衡问题,提出了最优触发脉冲分配平衡控制,可解决H桥参数差异引起的电容电压不平衡问题,且在不影响功率器件开关频率和输出电压波形的前提下使直流电容电压快速趋于平衡,从而提高了链式STATCOM输出性能和系统可靠性。阐述了最优脉冲分配平衡控制原理和特点,研制了380 V、±10 kvar链式静止同步补偿器的物理样机,并进行了实验验证,结果验证所提出的直流电容电压平衡控制的可行性和有效性。

电网电压不平衡条件下混合无功补偿系统分层协调控制策略

为实现低压配电网低成本大容量动态连续无功补偿,提出了一种晶闸管投切电容器(TSC)与静止无功发生器(SVG)协同运行的混合无功补偿系统。系统综合了TSC低成本大容量的无功补偿和SVG动态连续无功补偿的优点。在分析其基本原理的基础上,提出混合无功补偿系统分层协调控制策略,消除TSC与SVG由于响应速度的差别对其混合无功补偿性能的影响。针对混合无功补偿系统在电网电压不平衡条件下的安全运行问题,研究了SVG的正负序双环叠加控制策略,使其在具有动态无功补偿性能的同时能抑制一定程度的不平衡电压,保证系统的安全稳定运行。最后,仿真验证了所提控制策略的正确性。

链式STATCOM直流侧电容电压脉冲轮换控制的优化

结合链式STATCOM直流电容电压稳态数学模型,分析了H桥参数对电容电压平衡的影响。传统的脉冲轮换控制可在不影响无功电流THD的前提下实现电容电压的平衡控制,但存在电压平衡速度慢、稳态性能差的缺点。为了克服这种不足,提出了一种优化脉冲轮换控制,并阐述了其控制原理和特点。在11电平链式STATCOM样机上,验证了所提控制方案的可行性和有效性。

链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略探讨

随着链式STATCOM成为高压、大容量STATCOM的主流发展方向,链式STATCOM直流侧电容电压难以平衡的问题得到了更深入的研究,其控制策略正逐步完善。本文综合现有文献分析了导致直流侧电容电压不平衡的原因,归纳了最新的较为完善的控制策略,并给出了相关意见,为链式STATCOM的进一步研究提供参考。

级联STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

级联STATCOM虽避免了变压器多重化结构造成的价格昂贵,体积庞大,损耗大以及变压器的铁磁非线性等问题,与其他多电平逆变器相比还具有结构简单,所需器件少,易于实现模块化设计和封装等优点,但同时也存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时会烧坏STATCOM装置,以至于无法正常工作。对于此问题,分析了电压不平衡的原因,从不同角度介绍了目前工程中常用的几种电容电压平衡的控制方法,并介绍了目前新型的直流侧电容电压平衡控制策略。

基于开关电容和飞跨电容的十七电平逆变器

为减少在输出电平较多时开关电容多电平逆变器的器件数量,提出一种将开关电容与飞跨电容相结合的十七电平逆变器。结合逆变器工作原理,设计相应的调制策略和电压平衡策略,并优化关键电路参数,对开关电容、飞跨电容等3个电容值进行分析设计。该逆变器由开关电容升压单元和T型飞跨电容单元构成,使用3个电容器以及14个开关管实现了十七电平输出和2倍升压,且由单个直流电源供电。与其他十七电平逆变器相比,所提逆变器结构简单,同时避免高压逆变H桥的使用,且在开关数量、总开关电压应力、电容器数量等方面具有较大优势。最后,对该逆变器的稳态和动态性能进行实验验证和仿真验证。验证结果表明,所提拓扑具有较高的转换效率,实验测量范围内最高达到98.4%,且具有较好的并网工作性能。

开关电容单相九电平逆变器及其调制策略

提出一种基于开关电容技术的单相九电平逆变器,该逆变器由开关电容网络、辅助双向开关以及全桥单元组成。通过电源与电容的串并联转换,该逆变器能够以较少的功率器件产生更多的输出电平,简化了拓扑结构,降低了系统成本,并且该逆变器单电源输入的特点拓宽了其应用范围。该逆变器控制简单,不需要额外的均压电路及复杂的控制回路即可实现电容电压的平衡。详细论述了逆变器的工作原理、调制方案、电容参数设计原则以及拓扑对比分析。最后,通过实验对所提逆变器的稳态性能、动态性能及其并网工作性能进行验证分析,证明了该逆变器结构及其调制方案的正确性与可行性。

基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制

桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的桥臂由多个全桥子模块和带有反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联,通过上下桥臂轮流导通来输出多电平的正弦波。如何维持AAMC子模块电容电压稳定是AAMC研究的难点。从桥臂能量平衡的概念出发,建立了在特定角度进行上下桥臂换流实现桥臂子模块电容电压控制的能量平衡方程,提出了换流角的计算方法。通过桥臂最大导通电压的研究,提出了两个换流角的解与无功功率的互补特性。依据无功方向优化选择换流角,有效降低了桥臂最大导通电压,减少了桥臂所需子模块的数量。通过换流角与电容电压耦合机理研究,提出了局部线性化的电容电压一阶模型,以此为基础提出了换流角前馈与比例—积分(PI)控制相结合的电容电压控制策略,既提高了控制响应的快速性,又保证了电容电压的稳定性。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于换流角的子模块电容电压控制方法的有效性。

基于载波层叠的五电平调制与飞跨电容控制研究

为实现对五电平有源中点钳位(active neutral-point-clamped,ANPC)逆变器的有效控制,在分析了逆变器的输出特性与开关状态的基础上,提出一种基于载波层叠的五电平调制策略,具有较小的开关损耗且总谐波畸变(total harmonic distortion,THD)性能良好。为解决飞跨电容电压不平衡问题,提出了五电平的飞跨电容电压平衡控制方法,并给出本方法运用在所提调制策略中的所有开关切换方式,该方法思想简单,便于工程应用。仿真和实验结果验证了该调制策略与飞跨电容控制方法的有效性与正确性。

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。文章基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于文章中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(Nearest Level Modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。