桥臂不对称情形下MMC无源性PI控制方法

考虑模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)桥臂不对称情形,针对环流基频分量不对称引起的dq解耦变换误差问题,提出基于双线性模型的无源性PI控制方法,实现故障相电容电压保持稳定、不对称环流分量的准确抑制、三相并网电流的平衡输出。在abc坐标系下,建立桥臂不对称情形下MMC双线性模型,完成非线性系统控制变量随状态变量同步变化的线性化转换,简化控制器设计,避免dq解耦变换引入的控制误差。从系统全局能量耗散特性出发,设计形式简单的无源性PI控制器,实现子模块电容电压纹波快速抑制,消除桥臂电流不对称性,同时确保闭环控制系统全局渐近稳定运行。基于Matlab的仿真结果验证了所提控制策略能够有效抑制MMC桥臂不对称的不利影响,具有响应快速、稳定性好、鲁棒性强的特点。

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义。论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理。在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图。在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性。

MMC换流器桥臂电感短路故障特性研究

在以MMC为核心构建的高压直流输电系统中,因桥臂电感过热或过流等造成的短路故障会破坏系统的稳定运行。本文对MMC的单相上桥臂电感短路故障进行数学建模,推导故障后的MMC环流、传输功率、直流侧电压和直流侧电流等变量的解析表达式,并利用Matlab/Simulink仿真试验进行了验证。进而比较3种桥臂电感短路故障的特性,指出故障主要表现为直流侧电压和电流的轻微振荡、MMC环流的剧烈振荡和传输功率的轻微震荡。

模块化多电平换流器分桥臂电流控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电流控制系统大多基于d-q旋转坐标系,并将MMC上、下桥臂当成整体进行控制。为此,提出了MMC分桥臂电流控制策略。推导MMC单桥臂的开关周期平均值模型及小信号模型,并在此基础上设计桥臂电流闭环控制系统。该策略不仅能灵活控制MMC的交流输出电流和直流电流,而且能抑制上、下桥臂间的交流环流。算例结果证明了该策略的有效性。

全桥型模块化多电平换流器损耗简化计算模型研究

半导体开关器件损耗特性的非线性以及全桥子模块开关状态的多样性,对全桥型模块化多电平换流器(MMC)损耗的精确计算提出了挑战。目前常用的基于仿真软件的查表法虽然能够较准确估算MMC损耗,但计算速度慢。对此,本文提出了一种基于桥臂电流有效值和绝对值的全桥型MMC简化损耗计算模型。该模型在考虑全桥子模块在调制时输出负电平的开关状态的基础上,分别推导出换流器的通态损耗和开关损耗的数学表达式。同时在忽略二倍频谐波环流分量的前提条件下,用直观的解析表达式描述了全桥型MMC的损耗特性,并能够快速计算多种工况下的损耗。最后,本文采用简化损耗模型和基于仿真软件的查表法,分别计算换流器的损耗,并对两种计算方法之间的损耗计算误差进行分析。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提简化损耗模型的准确性。

多电压等级直流电网的仿真技术与协调控制策略研究

多电压等级的直流电网是未来直流输电技术的重要应用,其关键设备是直流变压器。然而,多电压等级直流电网的电磁仿真模型规模庞大,含直流变压器时的协调控制策略尚不清楚。对此,首先简单介绍了MCT(模块化组合式直流变压器)的运行原理。然后,基于平均开关函数提出了桥臂高等效性模型,用于加快电磁暂态仿真速度。最后,针对舟山五端柔性直流改造工程,研究了含MCT的多电压等级直流电网的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建了基于桥臂高等效性模型的多电压等级直流电网仿真模型,验证了所提出桥臂等效模型以及协调控制策略的有效性。