基于温度的MMC变流器均压控制方法

为了提高MMC变流器的可靠性,在传统均压控制的基础上引入了热平衡控制,通过控制子模块的投切过程以减少子模块温度波动,实现MMC变流器可靠性的改善。针对子模块温度的估算,提出了以IGBT模块的福斯特热网络模型为基础的子模块温度计算方法,在电压均衡和热平衡控制过程中选择需要投切的子模块,通过减少不必要的子模块投切动作以降低子模块温度。采用Matlab/Simulink仿真平台对该控制方法进行验证,并将其验证结果与传统均压控制的温度波动和均压效果进行比较分析。结果表明该控制方法可有效降低器件温度波动,提高变流器的可靠性,具有较好的实用性。

虚拟同步机控制模块化多电平变流器阻抗建模及次/超同步振荡稳定性分析

虚拟同步机控制已广泛应用于新型电力系统中,然而其研究主要集中于新能源领域,对于柔性直流输电领域中出现的次/超同步振荡、并网稳定性等问题仍有待研究。该文针对虚拟同步机控制的模块化多电平变流器(MMC),采用谐波线性化的方法建立其序阻抗模型,探究各控制参数对其阻抗特性的影响。同时,对比分析跟网型、构网型MMC的阻抗特性及其并网稳定性,并提出虚拟阻抗控制优化方案以提高构网型MMC系统阻尼。结果表明,构网型MMC具有良好的弱电网稳定性,但在强电网下存在次/超同步振荡的风险,在控制回路中加入虚拟阻抗控制可以增加变流器等效输出阻抗,从而增强MMC并网系统的稳定性。同时,无功下垂和电压外环环节在构网型MMC的阻抗特性中起决定性作用,适当增大无功下垂系数和电压外环积分系数,有利于减小阻抗负阻尼区间,从而提高并网系统稳定性。

模块化多电平变流器的直流电压控制方法

针对模块化多电平变流器(MMC)的直流侧电压启动不对称问题,分析该情况启动失败导致的原因.提出新的启动策略,该策略相对于传统的启动方法具有三相对称性好、速度快且不容易启动失败等优点.对模块化多电平变流器载波移相控制下直流电压的二级控制进行严格的数学建模,分别推导子模块电压平均控制和平衡控制环的传递函数,并介绍相应控制器的设计方法.利用Matlab搭建仿真模型,验证了所提出启动策略、数学模型以及控制器参数设计的正确性.

模块化多电平变流器实验样机的设计

MMC已经成为工业界与学术界的研究热点,仿真分析虽然灵活方便,但有时与实际工况存在差距。首先设计了三相9电平MMC实验样机;然后遵照模块化的原则,设计了子模块;控制系统使用分层的构架,实现了不同层级的控制与保护;再利用载波移相、电压均衡控制及PR调节器实现了电容均压及环流抑制。最后通过实验验证了样机的性能。利用该平台能够为MMC的研究提供一个方便有效的手段。

适用于MMC型柔性环网控制器的稳态无功与暂态电压协调控制策略

模块化多电平变流器(MMC)广泛应用于柔性环网控制器,但目前其系统控制策略不能同时兼顾稳态无功与暂态电压两方面电网调控需求。鉴于此,本文在分析MMC模型及其无功功率控制功能的基础上,提出配置在不同时间尺度上的定无功功率和定交流电压的双控制环路并列策略及其参数整定原则,实现稳态无功与暂态电压的协调控制。本文所提方法充分发挥了MMC变流器暂态控制特性,在保证稳态功率输送能力的同时满足了暂态故障情况下电网对电压的调控需求。最后通过PSCAD仿真,全面分析和验证所提方法的有效性和可行性。

不平衡电压下的MMC控制策略研究

模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)在高压直流输电领域有着众多优势,在未来传输新能源电能有着重要作用。在不平衡电压下,基于交流有功功率的分析,设计了基于正、负序控制的电流控制器,消除有功功率二倍基频波动。同时,MMC桥臂环流包含正、负、零三序分量,传统环流控制器(CCSC)仅考虑了负序分量,因而并不适用不平衡电压。在瞬时功率理论分析的基础上,提出并设计了一种基于直接控制环流正、负、零三序分量的环流控制器。通过Matlab/Simulink仿真平台,与传统二倍频负序旋转坐标变换的环流控制器对比,验证了所提出控制器的有效性。

基于金属化薄膜电容器状态在线监测的剩余寿命评估方法

模块化多电平变流器(MMC)是柔性直流输电系统的核心装备,其中子模块(SM)金属化薄膜电容器是MMC中的薄弱环节之一,故研究金属化薄膜电容器的状态监测和寿命评估对于提高MMC运行可靠性和制定系统维护计划具有重要意义。目前,现有金属化薄膜电容器的寿命评估方法未考虑电容器老化进程对电容值和等效串联电阻(ESR)的影响,难以准确实现不同服役状态下的电容器剩余寿命评估问题。因此,该文提出考虑当前电容值状态在线监测的金属化薄膜电容器的剩余寿命评估方法。首先,在考虑电容器老化速率与温度耦合关系的基础上建立了电容器ESR和电容值的老化模型。其次,在进行寿命计算时考虑到电容器的老化效应,根据提出的容值在线监测方法得到当前的电容值,推断出电容器已使用年限及电容器目前的ESR值,并代入建立的场路协同仿真电热耦合模型中计算得到电容器温度。最后,根据提出的剩余寿命模型对电容器当前剩余寿命进行预测。该文研究成果将为设备选型、系统设计和MMC系统子模块电容器的可靠性评估提供参考。

基于多端直流网络潮流分布的变斜率下垂控制策略

柔性直流输电(flexible AC transmission system,FACTS)是大规模可再生能源并网的有效技术手段。下垂控制作为多端直流输电系统(multi-terminal high voltage direct current transmission,MTDC)主要的站间协调控制方式,存在直流功率利用率低、直流电压质量较差、易造成系统过电压等缺点。为有效改进下垂控制的控制性能,首先推导直流网络通用潮流计算算法,该算法适用于换流站任意控制方式组合的直流网络。基于潮流计算结果,提出变斜率下垂控制策略。该策略制定了3种控制模式,根据不同需求,通过相关计算,重新分配下垂系数。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建4端直流网络进行时域仿真验证。结果表明,所提出的变斜率下垂控制策略能有效减小稳态误差,并有效预防过电压。

基于模块化多电平换流器的光伏并网系统低电压穿越技术控制策略

随着光伏发电在电力系统中的渗透率日益加大,最新并网规则要求光伏并网逆变器具有一定的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力。针对基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的光伏并网系统,首先,在静止坐标系下建立了系统的数学模型。为保证光伏电场可在电网故障时具备低电压穿越能力,采用一种实现电流正弦及有功恒定的电流控制策略,并提出无功功率参考值的计算方法及并网电流限幅策略。其次,利用准谐振(proportional resonant,PR)控制器,设计出控制环路,实现光伏并网系统的LVRT。最后,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,验证了控制策略的有效性和正确性。