模块化多电平变换器

摘要： 针对海上风电场并网的模块化多电平变换器(MMC)-高压直流(HVDC)系统在故障穿越过程中,由于卸荷电路是在直流电压达到一定值一段时间后才开始起作用,导致陆上侧子模块电压有很大的冲击,会有损坏元器件的风险,此处根据故障期间的系统特性对控制策略进行改进,在保证系统故障穿越性能的前提下对子模块电压进行抑制。最后,基于RTDS仿真系统搭建了两端伪双极柔性HVDC输电系统半实物仿真模型,并在控保装置中对改进的控制策略进行了实物验证。

摘要： 基于柔直技术的交直流混合配电网在促进配电网低碳化转型、提升供电可靠性等方面具有显著优势。模块化多电平变换器(MMC)具有扩展能力强、输出电压等级高等优势,为构建多电压等级、多层次、交直流混联的配电网提供有效的解决方案。结合我国配电网70%以上的故障是由电压不平衡所导致的现状,展开配电网电压不平衡时MMC控制策略的研究有广阔的学术研究意义和工程应用价值。因此,在理论分析的基础上利用PSCAD仿真软件和RTDS半实物平台搭建电网电压不平衡时的仿真模型,验证了所研究的电压不平衡时MMC控制策略的有效性。

摘要： 针对现有模块化多电平变换器(MMC)拓扑结构繁多、控制策略通用性差的问题,此处提出了一种MMC拓扑的通用控制方法。首先针对MMC的典型拓扑结构进行了拓扑分析并分类,典型拓扑包括MMC、模块化多电平矩阵变换器(MMMC)和六角形模块化多电平AC/AC换流器(Hexverter)。然后通过基于状态空间表示的电流控制和支路能量平衡控制两部分阐述该控制方法的基本原理。针对支路能量平衡问题,此处提出了一种使附加电流应力最小化的优化方法。最后以MMMC为例,通过仿真分析和所搭建的低压实验平台验证了所提通,用控制策略的有效性。结果表明所提通用控制策略的不同解决方案均能有效平衡支路功率,实现控制需求。

摘要： 针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制。通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之间的关系以及子模块电压波动的弊端,提出了环流抑制与子模块均压控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了31电平的模块化多电平变换器系统仿真模型,验证了所提策略的可行性与有效性。

摘要： 针对采用传统矢量控制的模块化多电平变换器(MMC)在电网发生单相短路时易发生系统运行失稳的问题,从能量角度出发,提出形式简单、稳定性较好的无源一致性控制方法。以电网不平衡情形下正序电流期望轨迹快速跟踪与负序电流快速抑制为第1目标,通过建立MMC端口受控耗散哈密顿模型,求取不影响全局能量耗散的"无功力",简化无源性控制器设计,实现全局能量在期望平衡点处达到最小,闭环控制系统全局渐近稳定。以提升正、负序dq轴电流期望轨迹跟踪的同步性为第2目标,将当前相与相邻相的并网电流期望轨迹跟踪误差作为状态误差引入无源性控制律,提出无源一致性控制方法,实现正、负序dq轴电流期望轨迹跟踪的同步达成。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明:所提方法在系统单相短路故障分别与直流侧电压阶跃变化、有功功率波动、MMC参数摄动同时发生时具有良好动静态性能、宽稳定域和强鲁棒性。

摘要： 模块化多电平变换器(MMC)的电热耦合模型对于系统结温监测、可靠性分析、寿命预测等具有重要意义。文中提出了一种合理简化的模块化多电平变换器电热耦合模型,首先基于后退欧拉法,建立MMC子模块的等效电路;然后根据戴维南电路等效方法,建立了三相MMC等效电路;其次,根据器件损耗特性和热阻抗特性建立MMC的电热耦合模型;最后,通过仿真和实验结果,验证了所提MMC电热耦合模型的正确性,该模型可以用来做MMC特性研究和可靠性分析。

摘要： 为了解决传统模块化多电平变换器应用于储能系统中存在的问题,该文提出一种新型阻抗源模块化双向功率变换器。该变换器将双向准Z源与半桥子模组相结合,构成阻抗源子模组。双向准Z源的引入改变了模块化多电平变换器的能量转换模式,使得系统能够以降压形式进行能量存储,以升压方式进行能量释放,从而解决了传统变换器在母线电压瞬时升高时的过电流问题。此外,双向准Z源可提高半桥变换器的输入电压,从而减少串联模组数量,有助于简化系统控制结构,提升系统可靠性。该文详细分析了变换器的子模组工作原理、调制方法,并设计了系统控制策略,通过搭建的储能系统物理实验平台进行了有效验证。理论分析及实验结果表明所提变换器相较于传统模块化多电平变换器更适用于储能系统应用。

摘要： 为提高模块化多电平型统一潮流控制器(MMC-UPFC)对于不平衡电网的治理能力,提出基于反馈线性化的滑模控制策略.该策略利用反馈线性化理论对UPFC数学模型进行完全解耦,为进一步提高系统的抗干扰能力及动态稳定性,在此模型的基础上使用滑模控制对解耦后的系统设计控制律.通过建立仿真模型并与PIR控制进行对比,结果表明所提反馈线性化滑模控制对于不平衡电网的治理更具优越性.

摘要： 针对模块化多电平变换器(MMC)在电网发生单相短路时的稳定运行需求,提出基于双端口受控耗散哈密顿系统(Dual-PCHD)模型的无源性控制方法。设计交互矩阵,建立电网不平衡情形下MMC的DualPCHD模型,使并网正序电流与负序电流子系统具有同步渐进跟踪特性;从能量角度出发,设计全局能量函数,求取无源性控制律,实现负序电流快速抑制与正序电流期望轨迹快速跟踪目标同步达成的同时,确保系统的全局渐进稳定性。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明:所提无源性控制方法在电网发生单相短路与有功功率变化、系统参数摄动同时发生时具有优动态性能、宽稳定域和强鲁棒性。

摘要： 为了对深部矿产资源进行探测,实现基于低压器件进行高压大功率输出的目的,提出一种基于模块化多电平变换器(MMC)的新型瞬变电磁发射电路及其控制策略。该发射电路采用模块化结构,由多个半桥子模块(SM)级联而成,各子模块在高压直流侧串联以分担高电压应力。建立发射电路的等效电路模型,分析调节发射电流上升沿、下降沿的原理,采用分段控制策略,将1个周期内的发射电流分为8段,对各段电流实现精确控制。在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型,并搭建4级MMC发射系统样机验证所提发射系统的可行性。研究结果表明:相比于H桥发射电路,所提发射电路的电流上升沿和下降沿更快,有利于提高探测效率。

摘要： 本文分析了载波移相调制策略(carrier phase-shiftedPWM,CPS-PWM)下广泛应用于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的平均电容电压控制模型,并总结出优缺点,提出了改进方案.改进方案采用原模型中的外环桥臂电压均衡控制,在内环环流控制中加入了环流的直流分量提取环节以及基于准比例谐振的二倍频谐波分量消除环节.针对改进部分,综合考虑稳定裕度和稳态精度后,在离散域中给出了参数设计方法.最后,在搭建的三相MMC样机上,分别对改进前后的控制方案进行实验.实验结果表明,改进后的方案具有良好的子模块电容电压均衡效果及环流谐波抑制能力,验证了方案的有效性以及参数设计的合理性.

摘要： 桥臂环流的存在是模块化多电平变换器(MMC)区别于其它多电平变换器的重要特点,子模块电容和桥臂电感参数设计不合理会导致变换器发生环流谐振,文章推导了环流的解析表达式,并得到了避免二倍频环流谐振的桥臂电感参数设计依据.采用附加的环流抑制策略可以有效的抑制桥臂环流中的二倍频成分,消除环流谐振,不利的影响是会增大桥臂环流中的开关次谐波分量.文章推导了桥臂环流开关次谐波分量的解析表达式,提出了通过抑制开关次谐波分量幅值对桥臂电感进行参数设计的依据.最后,利用MATLAB/Simulink 搭建MMC 时域仿真模型验证了理论分析的正确性.

摘要： 模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的调制方式对其性能有着重要的影响.在MMC的各种调制方法中,最近电平控制(NLC)方法应用最为广泛,尤其是在子模块数较多的场合.但是当子模块数较少时,常规NLC方法存在着输出波形谐波含量大,子模块电压波动幅值大等问题.rn 本文针对这种情况提出了一种增加电平数的NLC方法,通过对上、下桥臂调制因子叠加一个以二倍工频做正负交替变化的偏移量,使得上、下桥臂电压取整跳变的时刻出现偏移.这样,二者调制后的电平差出现奇数,使得交流输出电压的电平数从N+1增加到2N+1(N为每个桥臂子模块数).该方法能有效地减小输出电压的谐波含量,不会增加开关频率,能够保持NLC方法低开关频率的优势,且不会引起子模块电压平均值的变化等不利影响.同时,提出的方法在一定条件下能够抑制环流,减小子模块电压波动.最后,通过MATLAB/Simulink仿真及实验样机的验证,证明了所述改进方法的正确性和可行性.

摘要： 提出一种应用于矿井提升电气传动系统的超级电容储能型模块化多电平变换器(MMC-SCES),采用了分布式超级电容器组作为子模块的直流支撑电容,用于吸收提升机的再生制动能量,并在牵引工况合理释放,以提高能量的利用效率.首先分析了MMC-SCES的拓扑和工作原理,在此基础上研究了系统的关键控制策略,并通过仿真算例对所提出的MMC-SCES拓扑进行了验证.结果表明,MMC-SCES能够适应提升机的变频调速工况,提高了系统能量复用率,在中高压矿井提升电气传动领域中具有良好的工程应用前景.

摘要： 模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)子模块电压平衡是该变换器正常运行的基本条件.本文在载波层叠调制策略的基础上增加了排序均压算法进行MMC子模块电容电压均压.相对于传统MMC子模块均压算法,该算法不仅保证MMC桥臂子模块电容电压均衡还避免了传统控制算法中多个控制器参数的复杂整定问题.此外,在算法均压过程中其动态调节能力较强且固定了开关器件的开关频率,使得系统在较低开关频率工作时具备良好谐波特性,减少开关损耗.最终搭建了三相五电平的小功率MMC实验平台,由实验结果验证了该算法的正确性和有效性并且在该算法的作用下系统具有较好的动稳态性能.

摘要： 本文提出了一种基于最近电平控制(NLC)的模块换多电平变换器(MMC)改进型环流抑制策略.根据固定环宽的冗余状态转换原则,环路电流峰值可以被近似控制在设定环宽以内.在对传统环流控制器及提出的控制策略进行了详细分析之后,可知前者的环路电流峰峰值要大于后者,这主要是由环路电流控制器在NLC应用中的工作特性决定的.除此之外,此控制策略更易于实现,具有很快的动态响应性能,桥臂参考电压不受影响.仿真结果证明了本控制策略的有效性.

摘要： 本文提出一种新型的用于模块化多电平变换器(modular multi level converter,MMC)的子模块电压平衡控制方法.本文首先通过对MMC子模块电压平衡的机理进行分析,将目前的MMC子模块电压控制分为调制波修正与载波修正两大类,指出二者对于子模块电容电压的平衡控制是等效的.通过对载波移相调制的特点的分析,得到一种的基于载波修正的MMC子模块电压均衡控制方法,其谐波特性与载波移相调制完全等效,算法简单,便于实现,具有较好的电压均衡性能.基于RTlab实时仿真系统对该方法进行了仿真,验证了相应的理论分析与控制方法.

摘要： 研究基于电能路由器的通信电源微电网系统,提出MMC电能路由器的拓扑结构、工作原理、数学模型和控制方法,并通过仿真方法验证提出方法的正确性,为通信电源系统设计、维护和管理提供新的技术思路.

摘要： 研究基于电能路由器的通信电源微电网系统,提出MMC电能路由器的拓扑结构、工作原理、数学模型和控制方法,并通过仿真方法验证提出方法的正确性,为通信电源系统设计、维护和管理提供新的技术思路.

摘要： 研究基于电能路由器的通信电源微电网系统,提出MMC电能路由器的拓扑结构、工作原理、数学模型和控制方法,并通过仿真方法验证提出方法的正确性,为通信电源系统设计、维护和管理提供新的技术思路.

摘要： 本发明提供的模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器，在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间时，控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，使每个模块以较高的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向效率上升的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高；并在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间时，控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，使每个模块以较低的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向与效率下降相反的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

摘要： 一种电压源变换器(30)，用于互连第一和第二电网(44，46)，该电压源变换器(30)包括：第一和第二端子(32，34)，用于连接至第一电网(44)；以及初级变换器臂(36a)，在第一和第二端子(32，34)之间延伸，初级变换器臂(36a)包括由第三端子(42)分隔开的第一和第二初级臂部(38，40)，第三端子(42)能够连接至第二电网(46)，每个初级臂部(38，40)包括至少一个开关元件(50)和/或第一链式变换器，每个初级臂部(38，40)能够操作以被切换进和切换出在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，每个初级臂部(38，40)能够操作以在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器(58)，连接至第三端子(42)，所述或每个链式变换器(58)包括多个链式模块(60)，多个链式模块(60)中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器(58)包括控制单元，配置为选择性地操作多个链式模块(60)以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器(62)，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器(58)以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态，控制器(62)包括所述或每个控制单元，控制器(62)被配置为在不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部(38，40)切换进在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，控制器(62)被配置为选择性地协调初级臂部(38，40)和所述或每个第二链式变换器(58)的操作以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。

摘要： 本发明提供的模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器，在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间时，控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，使每个模块以较高的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向效率上升的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高；并在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间时，控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，使每个模块以较低的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向与效率下降相反的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

摘要： 本发明公开了一种应用于模块化多电平变换器中实现电平数增加的最近电平控制的改进型方法，属于电力电子技术领域，现有技术中，最近电平控制方法输出波形质量不高，本发明通过对上、下桥臂理论上导通的模块数叠加一个小数部分的偏移量y，并相应的控制其取值范围，使得输出波形电平数由常规最近电平控制方法的N+1增加为2N+1，N为桥臂中的子模块数，输出波形质量得到明显提高和改善，总谐波畸变变小。

摘要： 一种适用于模块化多电平变换器的子模块控制器与上层控制器间的通讯方法，所述模块化多电平变换器由三相六桥臂组成，每相包括上下两个桥臂，每个桥臂包括串联的N个子模块及一个交流电抗器，所述的通讯方法是：通过两根光纤完成上层控制器和子模块控制器之间的高速信息交互，其中第一根光纤构成上层控制器对子模块控制器的信道，上层控制器通过此信道向子模块控制器发送命令信息；第二根光纤构成子模块控制器对上层控制器的信道，子模块控制器通过此信道向上层控制器发送子模块电容电压信息和子模块状态信息；本发明在不增加子模块间同步机制的前提下，实现了光纤的复用，将子模块控制器与上层控制器间的光纤使用量从三根减少到了两根，节省了经济成本以及空间成本，且适用于模块化多电平变换器系统的三级控制及两级控制方案，具备一定的推广价值。

摘要： 本发明提供了一种模块化多电平变换器子模块电容最小化优化方法。以电容电压纹波最小化为优化目标，在二次环流注入比，四次环流注入比，调制比的约束条件下，选取最优的二次环流注入比，四次环流注入比和调制比。通过在桥臂环流中注入所得对应幅值和特定相位的二倍频分量和四倍频分量，在上下桥臂电压中注入三次共模分量，使变换器工作在所得的调制比，即可使子模块电容电压波动最小化，从而使子模块电容容值需求最小化。本发明不仅能降低子模块成本，提高子模块功率密度，还能提高变换器的工作效率。

摘要： 本发明属于直流输电技术领域，具体地说，是一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，包括子模块开关模型与环流计算模型的建立，以及环流计算的详细过程，运用电路理论对环流模型列写模块化多电平变换器各电气量的电压电流方程。通过分析模块化多电平变换器桥臂环流所满足的一阶微分方程，求解出桥臂环流的具体数学表达式，本发明详细推导了二倍频环流的计算，最终给出了具体的计算公式，同时避免了只考虑直流分量作为环流的计算结果，提高了环流计算的准确度。

摘要： 一种适用于模块化多电平变换器的子模块控制器与上层控制器间的通讯方法，所述模块化多电平变换器由三相六桥臂组成，每相包括上下两个桥臂，每个桥臂包括串联的N个子模块及一个交流电抗器，所述的通讯方法是：通过两根光纤完成上层控制器和子模块控制器之间的高速信息交互，其中第一根光纤构成上层控制器对子模块控制器的信道，上层控制器通过此信道向子模块控制器发送命令信息；第二根光纤构成子模块控制器对上层控制器的信道，子模块控制器通过此信道向上层控制器发送子模块电容电压信息和子模块状态信息；本发明在不增加子模块间同步机制的前提下，实现了光纤的复用，将子模块控制器与上层控制器间的光纤使用量从三根减少到了两根，节省了经济成本以及空间成本，且适用于模块化多电平变换器系统的三级控制及两级控制方案，具备一定的推广价值。

摘要： 本发明提供了一种模块化多电平变换器子模块电容最小化优化方法。以电容电压纹波最小化为优化目标，在二次环流注入比，四次环流注入比，调制比的约束条件下，选取最优的二次环流注入比，四次环流注入比和调制比。通过在桥臂环流中注入所得对应幅值和特定相位的二倍频分量和四倍频分量，在上下桥臂电压中注入三次共模分量，使变换器工作在所得的调制比，即可使子模块电容电压波动最小化，从而使子模块电容容值需求最小化。本发明不仅能降低子模块成本，提高子模块功率密度，还能提高变换器的工作效率。

摘要： 本发明提供了模块化多电平变换器工作在准两电平模式下的换流方法，具体执行步骤为：判断本次换流所处阶段。计算并判断与的大小确定当前时刻桥臂子模块应直接旁路（或插入）还是不动作。重复2直至换流过程结束。通过加“一次延迟”的方式可以轻松的判断当前的子模块应该被旁路（或插入）还是不动作。此外，所提的方法可以快速的完成换流过程，因为我们总是让“一个延迟”尽可能的发生在换流过程的早期，从而使环流的变化最大，进而使环流尽快达到参考值，完成换流过程。