基于ADRC的THBSM无传感器矢量控制

三相混合式步进电机(three-phase hybrid stepping motor,THBSM)等同于低速运行的永磁同步电机,可以使用同步电机的先进控制方法对其进行闭环控制。通过对自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)理论分析,提出了一种新颖的三相混合式步进电机无传感器矢量控制方法。将转速和d轴电流对q轴电流的作用看作是对转矩电流环的扰动量,通过自抗扰控制器将其估算出来并给予补偿,实现对电机速度的实时观测。利用MATLAB工具建立了三相混合式步进电机无传感器控制系统仿真模型,仿真结果表明:系统能够实时估计电机转速,估计误差小,响应速度快,抗扰动能力强。该方法提高了三相混合式步进电机无传感器系统的控制精度,为工程应用奠定了良好的理论基础。

FHMMC特高压直流输电系统中串联换流阀组启动充电策略

800k V昆柳龙直流工程在两个受端换流站采用对称双极高低端阀组串联的全半桥子模块混合型模块化多电平换流器。在不同的充电工况下,因全桥子模块(fullbridgesub-module,FBSM)和半桥子模块(halfbridge sub-module,HBSM)器件及其模块化串联的桥臂支路充电特性不同,造成两种子模块电容电压难以平衡,导致阀组及系统无法启动解锁。提出了特高压柔直系统中全半桥子模块混合式模块化多电平换流器(full and half bridge hybrid modular multilevel converter,FHMMC)串联阀组在直流侧不短接和短接两种方式下的启动充电策略,针对不同工况下相应导通FBSM T_(3)、T_(4)管和HBSM T_(2)管,强制转换充电路径和充电对象,实现两种子模块电容均衡充电。针对直流侧不短接时后充电阀组FBSM感应带负压问题,研究并提出了极充电顺控策略,通过缩短阀组充电时间间隔来减少后充电阀组负压幅值。上述启动充电策略经过现场试验验证并用于工程实际。

直流侧故障对模块化多电平换流器的影响研究

对于直流侧双极性短路故障,首先分析了故障通路对电容闭锁充电以及故障对交流侧功率的影响,然后对如何减少故障对交流侧无功的影响提出了建议。对于直流侧单极接地故障,通过仿真换流站不同接地电阻下,故障对系统稳定性的影响,对接地电阻的选择提供了建议。对于直流侧断线故障,分析了故障发生后控制器的作用,并给出了不同控制方式下,故障对系统稳定性的影响。此外,就双极短路和断线故障后闭锁时刻对系统的影响进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中建立HBSM-MMC模型验证了分析的正确性。

混合型MMC启动策略及全桥子模块数目配置研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是柔性直流输电的研究热点。由半桥子模块(Half-bridge Sub-module,HBSM)和全桥子模块(Full-bridge Sub-module,FBSM)组成的混合型MMC非常适用于大容量架空线输电系统。考虑到混合型MMC的拓扑结构特点,首先提出了一种分段式启动控制策略;然后分别对两种最常见的直流故障(单极接地短路和双极短路)的故障机理进行分析,并结合故障机理提出两种子模块的数目配比方案;最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立了401电平,±320 k V,1 000 MW的混合型MMC模型,对论文所提出的启动策略和直流故障穿进行仿真分析,结果证明了所提出控制策略的有效性。

模块化多电平换流器子模块拓扑结构对比分析

模块化多电平换流器型高压直流输电以其独特的技术优势,已成为未来电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC)领域的发展趋势。MMC是未来高压直流输电传输系统的重要组成部分,半桥型子模块、双箝位型子模块和全桥型子模块是MMC三种主要的可选择的子模块拓扑结构。分析了MMC的通用拓扑结构及三种常见子模块的拓扑结构和工作模式,得出了不同子模块结构的特点,最后通过仿真验证了不同子模块拓扑结构的直流故障穿越能力,并对比分析了采用不同子模块拓扑结构MMC的基本特性。

高压直流输电模块化多电平换流器拓扑研究

基于VSC(Voltage Source Converter)的高压直流输电为解决大规模清洁能源并网等问题提供了新方法,现已投运的VSC-HVDC工程无法有效处理直流故障。阐述传统H-MMC拓扑无法快速有效阻断直流侧故障电流的原因,重点对比分析目前已提出的3类具备直流侧故障切除的改进型换流器拓扑结构的共性与不同点,研究其清除直流侧故障的机理。通过PSCAD/EMTDC软件对不同拓扑组成的换流器进行仿真分析,验证了提出的换流器阻断直流侧故障电流的机理,改进型拓扑组成的换流器具有较好的应用前景。

不同子模块MMC在中压直流配电网中的应用研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的子模块是其核心部件。结合MMC在中压直流配电网领域的广阔前景,分析了MMC常见的半桥型、全桥型子模块结构。简化半桥型、全桥型、混合型三种子模块结构的MMC在直流侧双极短路故障时的等效电路,从理论上分析了三种子模块结构的MMC对直流侧双极短路故障的抑制能力。针对三种子模块结构MMC,分别通过基于PSCAD/EMTDC的两端MMC系统的仿真,验证了理论分析的正确性。得出在中压直流配电网中,混合型子模块结构MMC在技术上的可行性和经济上的优越性。为未来中压直流配电网中换流器子模块拓扑的选择提供参考。

具备阻断直流侧故障电流模块化的多电平换流器应用研究

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半桥子模块和箝位双子模块串联组成,降低稳态运行损耗和元器件使用数量;阐述该新型拓扑的基本参数选取原则及上、下2组子模块的协调投切过程;针对新型MMC拓扑,采用相应的模型预测控制策略。最后,通过实验进行验证。研究结果表明:新型拓扑不仅具备阻断直流侧故障电流能力,而且在子模块数量相同时,输出电平数增多,交流电压输出波形更接近正弦波。

一种新型的混合MMC预充电策略

模块化多电平换流器(MMC)的预充电是保证MMC-HVDC系统正常运行的基础,其中同时包含全桥子模块(FBSM)和半桥子模块(HBSM)的混合型MMC拥有较强的直流故障穿越能力而成为研究的热点。由于全桥子模块和半桥子模块的充电特性不同,子模块(SMs)的电容器电压在不受控制的预充电过程结束时可能会有所不同。通过分析指出了混合型MMC常规不控充电策略的缺陷,然后提出了一种三阶段预充电策略。该策略可以消除不同类型子模块的电容电压不平衡,解决了半桥子模块预充电过程中自取能量不成功的问题。最后,基于所提出的策略对不受控预充电过程进行了仿真和分析。

混合型MMC全桥子模块的配置比例优化设计

由半桥子模块(half-bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器因具备无闭锁直流故障穿越能力,成为了柔性直流输电领域的研究热点。首先,对混合型MMC的拓扑结构进行分析,并介绍无闭锁故障穿越的机理。为降低FBSM的配置比例,减少换流站投资成本,在桥臂电压调制波中注入三倍频电压的条件下,对直流侧短路故障工况、降压运行工况进行了FBSM配置比例优化设计。计算表明,桥臂调制波中未注入三倍频电压时,FBSM配置比例需达到50%,注入三倍频电压后,FBSM配置比例达到43.3%即可实现系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建401电平双端混合型MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和三倍频电压注入优化策略的有效性。

钳位双子模块型MMC的电磁暂态等效模型

针对电磁暂态程序中钳位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)仿真速度慢的问题,提出一种CDSM电磁暂态等效模型。首先,将正常状态下CDSM的工作原理与半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)相比较,提出了基于HBSM等效模型原理的CDSM的等效模型。其次,通过对CDSM闭锁状态工作原理的分析,建立了CDSM闭锁状态的等效模型。然后,提出了一种过渡状态,消除了CDSM等效模型从正常状态跳入闭锁状态的计算误差。最后,在PSCAD/EMTDC环境中建立单端21电平的CDSM-MMC系统,通过与开关器件所搭建模型进行对比,验证了所提CDSM等效模型具有良好的仿真精度和高性能的仿真效率。

闭锁状态下MMC子模块电容充电升压机理及对策

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在闭锁状态下子模块电容充电升压的现象,对子模块过电压旁路保护策略提出改进意见。首先详细分析了柔直对称单极系统中,MMC阀侧发生接地故障且被闭锁后,健全相电压幅值被抬高等现象。由于直流线路存在分布电容的原因,健全相桥臂电容充电升压,本文总结了引起该充电过程的条件和因素,提出了闭锁状态下防止子模块过电压误旁路的新的保护策略,最后在一个三端柔性直流系统PSCAD模型上的仿真分析全面验证了闭锁状态下子模块充电升压的机理,所提出的子模块过电压旁路保护改进策略可以避免子模块误旁路,从而降低MMC的检修工作量。

基于半桥子模块的模块化多电平换流器内部故障诊断及对策

半桥子模块((half bridge sub-module,HBSM)是构成HBSM型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C)的基本单元,HBSM开路或短路故障是M M C的常见故障,实现对其快速、准确地诊断及可靠地保护关系到MMC-HVDC系统安全稳定运行,具有重要研究意义。该文首先对HBSM中IGBT的开路、短路故障进行了全面的故障特性分析,基于故障特性分析,在仅需要测量子模块电容电压,不需要增加额外测点的情况下,提出了HBSM中IGBT的开路、IGBT或反并联二极管(FWD)短路故障的诊断策略,提出的诊断策略逻辑简单,计算结果仅有"0"、"1"和"∞"3种形式,且不受外部交直流系统故障的干扰。在提出故障诊断策略的基础上,设计了冗余HBSM处于"热备用"运行状态时的故障隔离策略,实现在不用闭锁整个换流站的情况下可靠地隔离发生故障的HBSM。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真试验,验证了所提出的故障诊断策略及隔离方案的可行性。