扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

高压大容量柔性直流换流阀关键设计和发展趋势

柔性直流输电技术具有控制灵活性高、无换相失败问题和动态无功支撑能力强等突出优点,已广泛应用于点对点输电、背靠背联网和构建直流电网等场景。柔性直流换流阀通过功率器件的频繁开断来实现交、直流的电能转换,是柔性直流输电工程的核心设备。首先,结合工程实践经验,系统梳理并提出了不同应用场景下柔性直流换流阀的关键设计要求,对比分析了柔性直流输电工程中常用的功率器件及柔性直流换流阀拓扑,展望了柔性直流换流阀的发展趋势。此外,针对2种典型的未来应用场景,对比了不同的技术方案,可为柔性直流输电技术应用于高压大容量远距离输电场景提供有益借鉴。

基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制研究

直流电源各模块之间的参数存在差异,导致模块化直流电源并联运行时存在环流问题。为解决该问题,研究了基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制。文章在模块化直流电源并联运行过程中检测模块间环流,设计一种纯阻性的虚拟阻抗,并加入直流电源并联系统控制结构。通过调整虚拟阻抗来抑制并联电源模块间环流,实现模块化直流电源并联均流控制。实验结果表明,设计方法下各并联直流电源模块之间负载电流的最大偏差仅0.58 A,可以实现良好的均流控制。

交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制

在交流系统不对称的情况下,三相模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部会出现零序性质的2次谐波环流,该零序分量将进入MMC直流侧,加剧直流电压、电流和功率的2倍频波动。为抑制直流侧功率的2倍频波动,以瞬时功率理论和比例谐振调节器为基础,设计了两相静止坐标系下MMC的控制策略。该控制策略由交流回路控制和直流回路控制2部分构成,前者实现MMC与交流系统之间的功率调节;后者实现MMC内特性的调节,主要抑制MMC环流中的2次谐波成分,使桥臂电流波形接近正弦。仿真系统采用不控整流站,逆变站采用MMC,结果表明:在交流系统不对称的情况下,该控制策略有效抑制了环流中的2次谐波成分以及MMC直流侧电压、电流和功率的2倍频波动。

基于暂态能量流的MMC-HVDC电网故障限流器和接地方式综合优化

直流短路故障电流的迅速上升,严重制约了基于半桥子模块的模块化多电平换流器高压直流(MMC-HVDC)电网在实际工程中的应用。从故障限流器和接地方式都是通过增大故障回路电阻或电感进行限流的本质出发,提出了基于暂态能量流的故障限流器和接地方式的综合优化方法。该方法以暂态能量流抑制率和抑制效率为目标函数,以故障限流器、接地方式和中性线电抗为优化变量构建最优化模型。以四端双极型MMC-HVDC电网为例,在PSCAD/EMTDC仿真系统中对直流侧单极接地故障条件下的故障限流器和接地方式进行优化设计。结果表明,所选参数能够有效降低直流故障电流和桥臂电流,同时兼顾健全极过电压约束,为直流电网的故障限流器、接地方式和中性线电抗的多参数综合优化配置提供参考。

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。

直接电流控制的多模块并联APF的稳定性

针对传统的多模块并联有源电力滤波器需要对谐波和无功电流进行检测,算法复杂的问题,提出将直接电流控制策略推广应用到多模块并联APF(active power filter)中,给出了直接电流控制的多模块并联APF的稳定性分析方法。首先构建了直流侧电压、网侧电流双闭环控制方案;然后建立了系统的小信号模型,分析了系统的稳定性,并给出控制参数的设计准则;最后通过一台1 k VA、10 k Hz两模块并联APF的原理样机实验验证了理论分析的正确性。

240V直流系统和模块化UPS在数据中心的应用对比分析

240 V直流系统和模块化UPS在数据中心的应用规模不断扩大。分析了这两种供电系统的优势特点,从用户接受度、供电系统可用度、全生命周期总成本等角度进行了对比,并对240 V直流系统的负载适应性测试、双系统供电模式以及模块化UPS的性能测试、冗余配置原则等问题提出了建议。

新型多电平电压源换流器模块的拓扑机制与调制策略

揭示一种新型多电平电压源换流器(voltage source converter,VSC),即模块化多电平VSC的起源与工作机制;介绍其子模块与VSC拓扑及相应工作原理;针对此新型换流器拓扑,并结合基于VSC的高压直流输电领域(high voltage direct current transmission system based on VSC,VSC-HVDC),提出一种基于幂和理论的改进型多电平基频开关调制策略。与通常策略中所使用的数字迭代技术,如"牛顿-拉夫逊"法相比,该文所提算法可显著简化运算、降低计算量,且能求出开关角的所有解;而通常算法仅能求出单一解,忽略了可能存在的其他解,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果均说明关于模块化多电平VSC本质揭示的正确性及所提调制策略的优越性。

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。

电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制

电网故障条件下模块化多电平换流器型高压直流输电系统的控制策略是目前亟需进行的一个研究课题。为此,基于Kirchhoff定律,给出了描述模块化多电平换流器(MMC)交流侧和直流侧动态特性的通用动态数学模型。该模型不仅适用于交流电网对称状态,而且适用于交流电网不对称故障状态,并考虑了换流变压器漏感的影响。根据对称分量法将换流器的通用动态数学模型分解为包含正序和负序分量的2个子系统,引入了换流器的正序和负序电流矢量解耦控制器以及外环功率控制器,可以实现在交流电网正常以及故障状态下对模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的有效控制。设计了电网故障期间MMC输送功率的动态限幅控制,可以根据故障的种类和程度调节输送功率的限幅值,防止开关器件过载。指出了总直流电流在3个相单元之间的分配在交流系统对称状态下是基本均匀的,而在交流系统不对称故障状态下是不均匀的。仿真结果验证了所设计的电网故障时MMC-HVDC控制器的有效性和正确性。

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。

低电平MMC-HVDC样机滤波装置设计

为了确保低电平模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)样机注入公共电网的谐波含量符合现有的电能质量标准条例,对其进行配套的滤波装置设计是必要的。文章根据MMC拓扑结构特点,推导出了MMC的等值电路,并将MMC看成一个有多种谐波的谐波电压源,从而设计了MMC交流侧谐波的等效电路。在此基础上,结合MMC-HVDC的调制策略,设计出了与样机配套的滤波装置,仿真结果表明了其滤波装置设计方法的正确性。

适用于模块化级联光伏发电直流并网系统的均压策略

光伏发电升压汇集接入直流电网是光伏发电发展的一个重要方向,提出了一种适用于模块化级联的光伏发电直流并网系统结构及其各模块电容电压均衡控制策略,并重点分析了该策略中输入功率比重前馈机制的原理。随后,在PLECS环境中搭建了7个模块级联的仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的有效性和可行性。最后,通过一个含有3个模块的硬件平台对其进行了实验验证,实验结果表明了所提出的控制策略具有控制简单、易于实现、可靠性高、无需额外传感器等优点。

全桥MMC型直流融冰换流阀损耗特性分析研究

在此对全桥模块化多电平换流器(MMC)型直流融冰装置的损耗特性进行了深入分析研究。基于该融冰技术的基本工作原理,推导出了MMC中电力电子器件(模块)的损耗计算公式,为装置的散热设计提供了一个有力的理论依据。最后结合一个全桥MMC型直流融冰装置实际工程进行了损耗分析计算。

基于模块化多电平的海上风力发电系统的研究

针对海上风力发电远距离传输问题,本文提出了基于模块化多电平的高压直流输电系统(MMC-HVDC)。文章首先介绍了MMC-HVDC的基本工作原理和数学模型,然后提出了一种新型的功率解耦控制算法和电容电压平衡控制策略;利用MATLAB/SIMULINK进行仿真研究,仿真结果表明,MMC-HVDC具有传输功率高,动态响应速度快等优点,是一种具有工程应用价值的高压直流输电拓扑。

模块化多电平变流器型中压直流牵引供电系统控制方法研究

针对当前交流电气化铁道存在的电能质量和过分相等问题,研究一种适用于高速铁路的模块化多电平变流器(MMC)型中压直流牵引供电系统(MVDC TPSS)。针对系统运行控制问题,提出一种多牵引变电所(TSS)并联运行协调控制方法,用于抑制牵引网直流电压的波动,提高牵引网直流电压水平,使系统具备更高的可靠性与即插即用性能。从MMC的等效简化模型出发,建立MMC型牵引变电所的控制小信号模型,推导出牵引变电所输出电流与牵引网直流电压间的小信号传递函数,研究输出电流前馈控制对系统动态性能的影响,分析在牵引负荷移动时控制系统的稳定性。最后搭建详细仿真模型,模拟实际牵引供电系统的运行工况,验证所提控制方法的有效性。

一种新型直流电源监控系统的设计

介绍了一款无人职守的智能直流电源监控系统,阐述了综合监控模块、电池巡检模块和绝缘监测模块。该系统采用分散控制、集中管理的模块化方式,能自动检测直流电源系统的各种数据,并对系统故障进行实时监测及报警,实现蓄电池的智能管理,较好地满足了无人值守变电站及配网自动化的需求。

城市直流配电工程拓扑结构的研究

本文简要介绍了城市直流配电系统的优势和特点,介绍了国内外研究的两端"点对点"柔性直流配电系统、辐射形直流配电网、"手拉手"直流配电网、珠海三端柔性直流配电网等几种城市直流配电系统拓扑结构。在总结以上直流配电系统拓扑结构优缺点的基础上,研究设计了一种多端、中低压、交直流混合、接入多种分布式能源的城市直流配电系统拓扑结构,并应用于贵州城市直流配电示范工程。对该拓扑结构的特点、电压等级、运行方式、效能和可扩展性进行了介绍,指出该拓扑结构对于研究直流配电系统分布式能源的就地消纳,交直流配电的能效对比、运行方式的灵活性方面具有显著优势。通过自主研发的智能配电网半实物仿真平台,实现任意柔性互联交直流配电网的模拟,解决了现在直流配电网作为示范工程应用研究重复建设问题。

自阻型MMC整流器在船舶中压直流电力系统中的应用

针对半桥型模块化多电平换流器(MMC)不具备处理直流故障的能力,采用一种自阻型子模块结构的MMC作为整流器,并在船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用。搭建基于MMC的船舶MVDC环形电力系统模型,采用双闭环解耦控制、载波移相调制、子模块电容电压平衡和环流抑制综合控制策略;在Matlab/Simulink环境中,对其进行仿真验证。仿真结果表明,该综合控制策略可行。自阻型MMC的整流器可为船舶MVDC电力系统提供良好的稳态性能、动态性能和直流故障处理能力,可为船舶MVDC电力系统的进一步研究奠定基础。