适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高,且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题,提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先,引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数;在此基础上,分析阶梯波修正量对电容电压的影响,提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法,实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制,从而限制电容电压波动范围,提高设备安全裕度.最后,在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.

新型基于NLC法的MMC-HVDC预充电控制

在柔性高压直流输电系统(MMC-HVDC)正式运行之前,为减小瞬态冲击电流,需要一定的预充电控制策略对子模块电容进行充电。为解决这个问题,提出一种新型基于最近电平逼近控制法(NLC)的MMCHVDC预充电控制策略,该策略采用NLC法无需额外附加电路便可完成MMC-HVDC系统的预充电。基于理论分析搭建调试了10 kV·A的仿真模型及实验平台,二者结果均表明,所述预充电控制策略能够有效减小MMC-HVDC启动过程中的瞬态冲击电流。

基于机器学习的太湖流域多层次防洪调度方案综合评价

为解决太湖流域多层次防洪调度方案在不同防洪层次目标下的评价问题,构建了流域、区域、城镇多层次防洪排涝调度方案综合评价指标体系,并基于K近邻(KNN)和随机森林(RF)算法构建调度方案综合评价模型。结果表明,联合KNN模型和RF模型实现了KNN-RF组合模型评价,其针对流域、区域与城镇3个层次防洪目标进行调度方案评价的平均相对误差和平均绝对误差分别降低至1.25%、0.82%、2.43%和0.511、0.342、1.380,最大相对误差和最大绝对误差得到改善,等级划分总体正确率高于95%;KNN-RF组合模型能筛选出各层次防洪目标下较优的调度方案,减少单一算法不确定性导致的异常评价误差,评价精度显著提高。

基于多变量校正的MMC快速有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。

用于全直流海上风电系统的单相混合型MMC直流变压器及其控制策略

全直流海上风电场是未来发展大规模远距离海上风电的重要手段之一,然而高变比大容量的直流变压器作为全直流海上风电场中的关键设备,其拓扑结构和控制方式仍有待深入研究。为此,提出了一种单相混合型模块化多电平换流器型直流变压器(single-phase hybrid modular multilevel converter DC transformer,SHMMC-DCT),可以通过最近电平逼近控制实现超高变比的直流升压,并且令子模块电容电压在较低的开关频率下保持均衡。故障处理方面,提出混合子模块与耗能电阻结合的方式清除故障电流,可以代替价格高昂的直流断路器。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了采用SHMMC-DCT的全直流海上风电系统的仿真模型。结果表明,SHMMC-DCT不仅能够可靠高效地送出风电场直流功率,而且可以在高压直流侧短路时快速阻断电流,验证了SHMMC-DCT拓扑及其控制策略的可行性。

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。

模块化多电平式柔性直流输电换流器的预充电控制策略

针对用于高压直流输电的新型模块化多电平电压源换流器,详细分析了其预充电动态过程,以寻求合适的预充电控制策略。首先以单站模块化多电平结构电压源换流器(modular multilevel converter,MMC)为研究对象,将换流器预充电分为2阶段,分析了各阶段,特别是MMC解锁瞬间过电流的形成机制及影响因素;为保证换流器解锁后,控制器对充电电流的有效控制,对多电平调制算法进行优化,使其在换流器预充电和正常运行阶段均适用;同时就基于MMC的柔性直流输电(MMC-HVDC)运用于向无源系统供电和作为"黑启动"电源的应用场合,需要一端交流源同时向双站两端预充电时,针对逆变站MMC电容充电不足的问题,提出一种整流站和逆变站协调配合的双站两端预充电控制策略;最后构建向无源系统供电的MMC-HVDC数字和物理仿真模型,验证了所提出控制策略的可行性和有效性。

基于晶闸管换向的混合型多电平换流器

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的桥臂切换多电平换流器(A2MC)直流电压利用率高,可以在直流侧短路时继续运行,但IGBT耐压低、损耗大、成本高。文中用晶闸管替换A2MC中的IGBT,构成一种混合型多电平换流器(HMC),在保持A2MC优点的同时降低了成本。在分析HMC拓扑及其工作原理的基础上,研究了该换流器正常运行状态下的控制策略,采用最近电平逼近调制并提出了适用于级联H桥的电压均衡控制策略;探讨了直流侧短路故障时的控制方法,并对该换流器与模块化多电平变流器(MMC)的功率器件数和工作性能进行了比较;利用PSCAD/EMTDC对61电平HMC进行了建模仿真,结果验证了其拓扑的可行性与控制策略的有效性。

基于最近电平逼近调制的模块化多电平变换器中高压变频调速系统运行控制

最近电平逼近调制(NLM)是模块化多电平变换器(MMC)中最常用的调制方式。电平数较少时,NLM的输出电压电流谐波严重畸变,使其无法用于电平数较少的变频调速场合。该文通过详细分析NLM下无差拍电流控制的开关过程,指出NLM调制下MMC无差拍电流控制具有滞环特性。定量分析了NLM下MMC无差拍电流控制的滞环环宽,得到了滞环环宽和输出电流波动范围的表达式。同时,设计了MMC背靠背变频调速系统的综合控制方案。与传统方案相比,所提方案具有控制结构简单、开关频率低、环流抑制容易实现和动态特性好等优点。在Matlab/Simulink中搭建了十一电平背靠背MMC中高压变频调速模型,验证了所提控制方案的正确性和有效性。

基于冒泡原理的模块化多电平换流器快速电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,排序运算的计算量降低了控制系统的响应速度。在分析冒泡原理基础上,提出一种快速电压均衡控制策略。每个控制周期内通过若干步冒泡运算分别得到投入、退出状态的电压最值子模块。当投入的子模块数量指令变化时,仅对最值子模块的开关状态进行改变。当投入和退出子模块电压差值超过电容电压允许偏差定值时,交换两者中越界的子模块开关状态。在PSCAD/EMTDC平台上搭建MMC模型,仿真结果表明所提策略可以在较少计算量下实现电容电压的均衡控制。

三相H桥级联静止同步补偿器的控制策略

三相H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)可以解决配电网冲击性、不对称负载造成的动态电能质量问题,也具有多电平、易扩展的特点,而静止同步补偿器数学模型是一个强耦合、非线性系统,存在有功无功解耦难的问题,H桥级联的拓扑又使得电容电压平衡控制成为难点。针对有功无功耦合问题,通过引入精确反馈线性化方法实现完全解耦,系统降阶为两个独立的一阶线性系统,并引入指数趋近律设计完成滑模控制器,克服了传统比例积分(PI)控制器参数整定困难、鲁棒性不佳的问题。针对电容电压平衡问题,通过分析单个H桥模块的工作模态,结合最近电平逼近调制策略,实现了电容均压。在Matlab/Simulink中搭建系统模型,数值仿真结果表明有功和无功功率完全解耦,可独立调节,电容电压能稳定在设定值,系统动态响应性能优于PI控制,并且对内部参数变动具有一定的鲁棒性。

模块化多电平变流器输出电流谐波抑制策略

最近电平逼近是模块化多电平逆变器(MMC)常用的调制方法之一,当模块数偏少,或者调制电压过低时,输出电流会产生畸变.从原理上分析了MMC输出电流谐波畸变产生的原因,然后提出了一种抑制MMC输出电流谐波的控制方法.该方法对输出电流进行分频提取后通过PI调节器得到反相谐波电压,最后将反相谐波电压叠加到调制电压上获得总的参考电压.所提出的方法简单可行,易于实现.仿真分析和实验结果表明,采用本文所提出的方法,模块化多电平变流器输出电流的畸变得到较好的抑制.

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在MATLAB-Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。

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。

基于改进的神经网络最近邻聚类算法在结晶器液位系统中的应用

针对连铸机的结晶液位采用拉速控制导致控制过程不稳定而影响铸坯质量的问题,提出了基于神经网络的模型辨识及智能PID控制方法,它主要基于径向基函数(即RBF)神经网络,通过改进的最近邻聚类学习算法在线辨识相关的结晶器系统模型。基于径向基函数辨识网络,将辨识所得雅克比阵应用到智能PID控制器的权值调整之中。结果表明,该算法可对结晶器液位控制方面的主要问题进行良好的解决,其适用性已经得到了仿真结果的充分验证。

基于高压直流输电的新型电气化铁道供电方法

针对传统牵引供电网存在的功率因数低、谐波含量高、网压不足、电能损耗大等能效问题,提出了一种基于高压直流输电的新型电气化铁道供电方法。在对传统牵引网能效问题解决方法进行分析的基础上,构建了基于高压直流输电的交流牵引供电网和直流牵引供电网两种系统拓扑。利用最近电平逼近技术对牵引网谐波含量进行了分析,论述了功率控制解耦技术的动态调节原理,研究了直流环节对牵引网的谐波含量和能量损耗的改善,比较了两种新型牵引网系统拓扑的优势和实现的可能性。

高压链式STATCOM的最近电平调制策略研究

三角形接线方式是高压级联多电平静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的较优接线方式,但接入电压为线电压,因此,在同样绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)器件下,每条换流链需要更多的链节。以三角形接线为例,采用不平衡aβ坐标系下的单相锁相环和分相控制策略产生调制波,该调制波通过最近电平调制产生脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲。通过仿真和物理模拟系统试验,说明最近电平调制在三角形接线下最近电平调制的可行性。最后,通过比较载波移相调制方法和最近电平调制方法,说明最近电平调制虽然会在小电流情况下引入少量间谐波,但其无需附加均压控制,更适合链节数量更多的情况;因此,最近电平调制有利于提高STATCOM的电压等级和容量。

采用最近电平控制的模块化多电平换流器损耗一致性分析

为研究半桥结构的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块的损耗分布特性和一致性,首先,分析了MMC换流器的基本工作原理和损耗数值计算方法;其次,应用PLECS仿真软件针对半桥子模块结构进行仿真计算,分析了最近电平控制下不同均压、环流抑制方式下的子模块损耗特性;最后,对比分析了不同控制方式下的子模块损耗特性。研究结果表明:在不影响换流器工作状态的前提下,使用保持因子法均压以及使用三相解耦二次谐波环流抑制算法进行环流抑制时,各子模块损耗分布一致性更高,整体损耗率更低。

高压大容量MMC换流阀损耗精确计算

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)阀损耗精确计算,是柔性直流输电系统电路元器件选型、阀冷却系统设计和可靠性分析的重要依据。高压大容量MMC通常采用最近电平逼近调制(nearestlevelcontrol,NLC)和排序均压算法,其子模块投切规律复杂且具有一定随机性,现有阀损耗计算方法难以适用。为解决该问题,该文通过深入分析半桥型、全桥型、箝位双子模块等典型拓扑的损耗分布特性和排序均压算法下的子模块投切与轮换规律,提出一种MMC阀损耗精确计算方法。该方法适用于多种子模块拓扑,能够准确计算不同均压策略、不同运行工况下的换流阀损耗,尤其解决了排序算法下附加开关损耗计算困难的问题。最后,基于实际工程参数,对所提出计算方法与电磁暂态仿真结果进行对比验证,证明该方法的准确性。

一种基于电流滞环控制的模块化多电平变流器调制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)在中低压领域中的应用,提出一种改进型最近电平逼近(NLM)调制策略,调制策略中引入电流滞环控制环节对最近电平逼近调制结果进行修正,并分析了滞环环宽的设定。该调制策略实现简便,动态性能好,控制器计算量小。对传统NLM调制策略和该文提出的改进型NLM调制策略进行了仿真和试验对比。仿真和试验结果表明,该调制策略可明显改善输出电流波形的质量,具有良好的动态性能,实现了输出电流对参考电流的快速、精确跟踪。