模块化多电平换流器

摘要： 经过柔性直流输电并网的海上风电会对电力系统的稳定性产生显著影响,按照GB 38755-2019《电力系统安全稳定导则》要求,海上风电厂需要具备快速调节有功功率的能力。研究并提出了一种利用柔性直流换流器分布式电容存储的能量来实现海上风电并网点有功功率紧急调节的控制方法。通过设计特定的电容电压变化曲线,实现交流功率按照预定的目标曲线变化,而且在调节过程中不会对直流侧有功功率和直流电压产生扰动,可避免影响直流侧系统的运行。在此基础上,通过开展电磁暂态仿真,验证了该控制方法的有效性。研究成果可为经柔性直流输电并网的海上风电提供一种无需加装额外设备、对直流侧无扰动的有功功率快速调节途径,并能有效提高海上风电的并网性能指标。

摘要： 模块化多电平换流器(MMC)中数以千计的子模块(SM)给控制器计算带来很大负担。海量数据采集、复杂控制计算以及不同控制器间通信等因素导致整个控制链路延时较长,恶化系统动态特性,甚至导致并网后系统不稳定。设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的集成控制器,在单块FPGA板卡中实现MMC的全部控制策略。控制器充分发挥FPGA的并行特性,每种控制模块尽可能采用并行设计,并将相互独立的控制模块并行执行,以提高控制器的计算速度。基于RTDS平台进行了硬件在环实验,对所开发控制器进行功能验证。结果表明:所开发控制器链路延时短,响应速度快,可用于控制策略开发测试、控制参数调试等领域。

摘要： 在建立MMC阻抗模型时,现有研究未计及电容式电压互感器(CVT)测量特性对MMC阻抗中、高频段的影响,可能会降低柔性直流输电系统稳定性分析的准确度。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,在分析杂散电容对500 kV速饱和型CVT测量特性影响的基础上,基于多谐波线性化原理提出了一种计及CVT宽频测量特性的MMC阻抗模型建立方法。采用阻抗分析法分析当柔直换流站接入不同交流系统、运行于不同稳态工作点时,CVT宽频测量特性对柔直系统稳定性的影响。分析结果表明,在某些场景下CVT宽频测量特性将导致系统的振荡频率发生变化。通过电磁暂态时域仿真,验证了所提出的计及CVT宽频测量特性的MMC阻抗模型可提高柔直系统稳定性分析的准确度。

摘要： 传统有限集模型预测控制应用于MMC系统时存在权重因子难以精确计算,运算负荷过大等问题。文中提出一种分层逆向模型预测控制方法,通过逆向预测网侧电压以及桥臂不平衡压降计算最优导通子模块个数,实现交流电流控制和环流抑制。无需计算系统全部子模块投切状态省去权重因子设计过程降低循环预测次数,提高了控制器的动态性能。同时运用改进的虚拟子模块循环映射方法在均压环节引入换位裕度,降低电压排序次数减少器件开关频率和控制器计算负荷增加系统稳定性。在Simulink中搭建MMC系统进行控制策略的仿真,仿真结果显示在一个预测周期内控制器预测次数降低了16%,MMC子模块均压效果明显且系统动态性能良好,验证了所提方法的正确、有效性。

摘要： 谐波耦合矩阵模型可为电力系统线路和元件的谐波稳定性研究提供有效支撑。但对于内部结构复杂的模块化多电平换流器(MMC),已有研究中的矩阵模型不能描述其交、直流侧谐波间耦合关系或只能对特定次数谐波的耦合关系进行讨论。故考虑MMC开关函数可描述换流器的特定次数谐波间耦合关系,但其本身为周期时变的特点,以及谐波状态空间理论(HSS)可以将周期时变模型定常化,同时描述各量全部次数谐波间耦合关系的优点,将两者结合以搭建了可同时描述MMC交、直流侧各电气量的全部次数谐波间关系的谐波耦合矩阵模型。将加入谐波扰动后的MMC谐波耦合矩阵模型的理论计算结果与PSCAD电磁仿真模型仿真结果对比,证明了该模型对MMC谐波耦合特性描述的准确性。

摘要： 利用源网限流设备协同优化配置解决复杂多端柔性直流电网的故障电流抑制难题,成为相关领域的研究热点。首先,结合模块化多电平换流器(MMC)与电网的耦合程度,提出适用于复杂多端柔性直流电网的区域划分原则,以提高多端柔性直流电网限流设备参数优化的计算效率;然后,根据各区域的限流需求,结合MMC、直流变压器、限流电抗器及故障限流器等关键源网设备的限流机理,提出各区域典型限流设备的配置方案;在此基础上,对不同区域限流设备参数进行分级优化;最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建六端直流电网,结合具体故障限流器拓扑,仿真验证所提源网限流设备参数分级优化方法的有效性。仿真结果表明,所提方法能够实现源网设备协同限流,减轻网侧设备的限流压力,同时提高设备参数优化的计算效率。

摘要： 针对柔性直流输电中模块化多电平换流器在运行过程中因严重信号干扰或器件温度上升等因素造成的系统动态模型结构中参数变化,使得系统的稳定控制效果不佳,引起系统安全运行事故等问题,提出了一种基于勒让德多项式的自适应反步法稳定控制策略。该方法在静态abc坐标系下建立动态模型,利用勒让德多项式去逼近补偿模块化多电平换流器中因参数改变引起的误差值,从而消除对动态模型的影响,然后采用反步控制理论选取状态变量,构造Lyapunov函数,求得满足Lyapunov稳定性要求作为稳定控制的变量。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真模型和实验平台的验证表明,所提出的控制策略与工程中常用的PI控制策略相比拥有更好的控制性能和鲁棒性。

摘要： 现有模块化多电平换流器(MMC)的调制策略主要基于比较型排序方式,存在算法复杂、计算负荷大、子模块(SM)频繁投切、系统损耗较大等缺陷。针对上述问题,文中提出一种基于动态均压偏差率(DVDR)的系统调制方式。首先,将子模块电容电压与其平均值作差得到差值序列,将差值序列按正负进行快速分组;然后,针对所得子序列设置动态均压偏差率,计算得到必要动作子模块(NASM),只需对于单一子序列中必要动作子模块序列进行排序即可降低系统计算负荷;其次,结合优化开关频率控制设置不同电压阈值与降频因子,通过判断桥臂电流方向,在保持电压一致性的前提下降低功率器件开关频率,减少电压波形畸变率;最后,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真实验模型,验证文中所述控制策略的可行性。

摘要： 介绍了多端柔性直流配电网中的电源接入需求和模块化多电平换流器的拓扑结构,明确了多端柔性直流配电网中需要进行保护的范围。针对各保护区内典型故障进行理论分析,并根据各故障后的等效电路图,对各故障后的电流、电压特性进行了数值计算。依据实际工程构造三端柔性直流配电网仿真模型,对各保护区内故障进行仿真验证。

摘要： 为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理,在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC(model predictive direct power control)结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器MMC-RPC(railway power conditioner with modular multilevel converter structure)。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数,并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿,以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型,并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比,验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。

摘要： 模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)子模块开关器件的损耗计算对换流阀的器件选型和散热设计具有重要意义.本文提出了一种MMC半桥子模块损耗的解析计算方法.首先,将损耗分为通态损耗和开关损耗两部分;其次,预先计算出桥臂损耗,再得到平均化的子模块器件损耗.特别的,在计算开关损耗时引入了MMC不同调制策略和均压策略对开关频率的影响,给出了几种典型控制方法下开关频率的计算方法,使开关损耗计算更贴合实际.最后,结合张北工程给出了损耗算例,验证了该计算方法的有效性.

摘要： 随着基于模块化多电平换流器的柔性直流输电工程容量和直流侧电压等级的提高,对子模块电容平衡控制提出了更高的要求.为降低众多子模块均压排序的计算量及MMC开关损耗,提出一种基于分治思想和快速排序算法的改进子模块电容电压均衡控制策略.根据每个控制周期的投切控制指令和桥臂充放电状态,将待投切子模块电容电压值进行两轮分组,然后根据具体投切数量在最小范围内选取与额定电容电压差值较大的子模块进行投切操作,从而避免对所有子模块进行重复排序.最后,通过在PSCAD/EMTDC中搭建MMC模型对本文方法性进行了验证,结果表明该策略可以有效减小排序计算量并降低MMC开关损耗.

摘要： 相比于传统直流输电技术,基于模块化多电平换流器的轻型直流输电系统(MMC-HVDC)交流输出电压波形质量高,不需要大容量滤波装置,开关频率和开关损耗较低,有良好的可扩展性,适用于多种电压和功率场合.本文介绍了基于半桥型子模块MMC的拓扑结构和工作原理,并重点介绍了应用于MMC的载波移相调制和载波层叠调制三种层叠方式的工作原理,比较了基于排序均压的PD-PWM、POD-PWM、APOD-PWM和CPS-PWM四种调制的输出相电压的谐波畸变率及其等效开关频率与载波频率的关系,提出了APOD-PWM和CPS-PWM的相似性,并通过Matlab/Simulink搭建单端三相无源逆变MMC系统进行对比分析,验证上述理论结果.

摘要： 为了不减小损耗计算精确度,并且更快速的计算模块化多电平换流器损耗,本文建立了结温精确计算数学模型,根据该数学模型提出了模块化多电平换流器损耗快速计算方法,从而使得计算用时大大减少.此外,通过搭建换流阀阀段运行试验平台实物电路,对阀段损耗进行计算与测量,验证了该方法的精确度与可行性.

摘要： 针对模块化多电平换流器(MMC)的子模块电容电压平衡及冗余控制问题,本文提出了一种带微直流母线的子模块自取能供电电源拓扑结构.所提出的自取能供电电源不仅可实现子模块的N+1或者N+2冗余控制,而且通过动态调整从各个子模块电容所获取的能量的大小,实现直流电容电压的自平衡控制.在分析50Hz阶梯波调制方式的MMC子模块电容电压波动的基础上,提出了一种基于直线滤波器和改进型电容电压自平衡控制方法.该方案提高了电容电压的平衡程度,降低了MMC的输出谐波.仿真结果验证了文中所提出方案的正确性、可行性.

摘要： 针对当前已投入运行的柔性直流(high voltage direct current,HVDC)输电工程中换流器不具备直流侧故障自清除严重制约架空线线路应用等问题.本文重点研究全桥型模块化多电平换流器拓扑结构,其桥臂是由全桥子模块(FBSM)组成,分析全桥型MMC工作原理,并研究全桥MMC实现直流侧故障自清除的机理.最后,通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证了该全桥型换流器能够有效阻断直流侧故障电流,进一步对比传统MMC验证了全桥型换流器清除直流侧故障的可行性和有效性,具有较好的应用前景.

摘要： 混合型模块化多电平换流器因其桥臂中含有半桥子模块和全桥子模块,故同时具有半桥型MMC的经济性和全桥型MMC在直流故障处理能力上的优越性.利用全桥子模块的负电平输出能力,在稳态下可提高MMC的电压调制比,实现提压扩容运行.本文针对混合型MMC在稳态下利用全桥子模块输出负电平的情况,提出了一种混合型MMC的设计方法.根据提压扩容和直流故障穿越需求,明确了混合型MMC桥臂中全桥子模块所占比例的设计原则.同时,本文提出了适用于稳态负电平输出的调制方式,并在功率因数大于0.9的条件下,详细分析了半桥子模块和全桥子模块电容电压的波动情况,总结出子模块电容参数的设计方法.最后,通过PSCAD/EMTDC进行仿真,证明了所述方法的可行性和正确性.

摘要： 针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在大系统中运行时仿真耗时长以及稳定性问题,本文提出基于子模块建模的时域快速电磁仿真方法.所提出的模型能够有效表征子模块的行为,在时域仿真中保证较高的精度,同时大大提高仿真速度,为MMC中压下的并网稳定性分析提供时域仿真验证手段.另一方面,建立了并网MMC逆变器的频域正负序阻抗模型并进行验证.最后建立了MMC逆变并入中压20kV交流系统模型,结合阻抗稳定性分析理论,分别给出了并网系统在串联补偿稳定及不稳定情况下的时-频域仿真结果,验证了本文所提出的基于子模块建模的模块化多电平变换器快速电磁暂态仿真方法以及阻抗稳定性分析的实用性和正确性.

摘要： 针对传统半桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)无法限制直流故障电流的问题,本文提出了一种新型的应用于MMC的子模块拓扑,并且在典型三相MMC拓扑的基础上增加了限流模块以增强系统的直流故障阻断能力.论文首先分析了新型MMC拓扑的工作原理,然后在此基础上对该新型MMC拓扑的故障限流机理进行了研究,推导了故障电流和箝位电压的解析式,并通过对故障阻断时间和器件电气应力的分析,得出了关键参数的选值标准,最后通过仿真算例对所提拓扑进行了验证.仿真结果表明,该新型MMC拓扑的正常工作模式与传统半桥型MMC无异,而在系统因直流故障闭锁后,故障电流可以被快速有效地抑制;限流模块的投入不仅增强了系统的故障阻断能力,而且降低了新增功率开关器件的电气应力,进一步降低了器件成本,因此具有良好的工业应用价值.

摘要： 在高压大容量柔性直流输电领域中,针对现有的二极管钳位型自均压MMC结构复杂,三相不完全对称的问题,提出了一种三相对称的自均压MMC新拓扑,该拓扑继承了模块之间采用钳位二极管均压的方法,提出了新的相间能量流通回路,使不平衡能量自由流通,实现整个拓扑中模块电容电压自均衡,并且省去了模块电容电压测量传感器及相应的信号调理、传送线路,消除了处理器的排序负担.在详细分析其工作原理和触发策略的基础上,仿真验证了自均压MMC的可行性及均压性能.

摘要： 一种双子模块(18)形成用于模块化多电平换流器(8)的，其中，所述双子模块(18)具有两个互连子模块(19，21)，其中，每个子模块具有：非对称半桥电路(22，32)，所述非对称半桥电路(22，32)具有连接在所述子模块(19，21)的第一和第二端子连接(27，28；37，38)之间的两个并联桥支路(24，26；34，36)，其中，每个桥支路由电力半导体开关(T1，T4；T6，T7)和二极管(D2，D3；D5，D8)的串联电路形成，其中，所述电力半导体开关被分配给反并联续流二极管(D1，D4；D6，D7)，并且具有电容器(23；33)，所述电容器与所述非对称半桥电路(22；32)并联连接在所述模块的所述第一和所述第二端子连接之间。子模块(19，21)通过其AC端子(29，31；39，41)相互连接，形成双子模块(18)。此外，模块化多电平换流器(8)形成包括在其每一个换流器支路(9a‑9f)中的多个这种双子模块(18)。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块，包括压装组件的负接口母线与第一对外母排连接，压装组件的PH接口母线与第二对外母排连接，放电电阻电连接至支撑电容，支撑电容的一个电气接触点通过第一连接母排连接至电抗器的第一电气接口，支撑电容的另一个电气接触点通过第二连接母排连接至压装组件的负接口母线，电抗器的第二电气接口电连接至压装组件的正接口母线，吸收电阻的两个电气接口分别电连接至压装组件与电抗器的第一电气接口，门极电源电连接至压装组件的门驱电源接口。本发明实施例还提供一种模块化多电平换流器，本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块及模块化多电平换流器的布局合理，集成度高，结构紧凑，以节省空间。

摘要： 一种双子模块(18)形成用于模块化多电平换流器(8)的，其中，所述双子模块(18)具有两个互连子模块(19，21)，其中，每个子模块具有：非对称半桥电路(22，32)，所述非对称半桥电路(22，32)具有连接在所述子模块(19，21)的第一和第二端子连接(27，28；37，38)之间的两个并联桥支路(24，26；34，36)，其中，每个桥支路由电力半导体开关(T1，T4；T6，T7)和二极管(D2，D3；D5，D8)的串联电路形成，其中，所述电力半导体开关被分配给反并联续流二极管(D1，D4；D6，D7)，并且具有电容器(23；33)，所述电容器与所述非对称半桥电路(22；32)并联连接在所述模块的所述第一和所述第二端子连接之间。子模块(19，21)通过其AC端子(29，31；39，41)相互连接，形成双子模块(18)。此外，模块化多电平换流器(8)形成包括在其每一个换流器支路(9a‑9f)中的多个这种双子模块(18)。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块和模块化多电平换流器，其中，该子模块至少包括：功率单元、PWM调制驱动电路、第一直流电容和控制器，其中，所述功率单元的直流输入端与所述子模块的直流输入端连接，所述第一直流电容与所述功率单元并联连接，所述控制器的输出端与所述PWM调制驱动电路的输入端连接，所述PWM调制驱动电路的输出端与所述功率单元的控制端连接。本发明通过采用PWM驱动控制，能够使得在一个开关周期内，功率单元的输出值等于给定值，因而在各子模块中不需要设定均衡控制器，使得模块化多电平换流器的控制结果变得简单，扩展性强。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块，包括压装组件的负接口母线与第一对外母排连接，压装组件的PH接口母线与第二对外母排连接，放电电阻电连接至支撑电容，支撑电容的一个电气接触点通过第一连接母排连接至电抗器的第一电气接口，支撑电容的另一个电气接触点通过第二连接母排连接至压装组件的负接口母线，电抗器的第二电气接口电连接至压装组件的正接口母线，吸收电阻的两个电气接口分别电连接至压装组件与电抗器的第一电气接口，门极电源电连接至压装组件的门驱电源接口。本发明实施例还提供一种模块化多电平换流器，本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块及模块化多电平换流器的布局合理，集成度高，结构紧凑，以节省空间。

摘要： 本发明提供了一种模块化多电平换流器的接地保护方法及模块化多电平换流器，涉及直流输电技术领域，以在模块化多电平换流器出现接地故障时，对模块化多电平换流器进行保护。其中所述模块化多电平换流器的接地保护方法，在模块化多电平换流器中的至少一个相单元的每个子模块上对应的并联至少一个保护电路，保护电路的一端与子模块的正极连接，保护电路的另一端与子模块的负极连接；当模块化多电平换流器出现接地故障时，控制保护电路导通；当模块化多电平换流器处于正常状态时，控制保护电路断开。本发明提供的模块化多电平换流器的接地保护方法用于对模块化多电平换流器进行保护。

摘要： 级联模块化多电平换流器具有多个四电平换流器，每个ac相位产生包括相同相位中的模块的不同输出的多电平电压波形。每个模块是受控电压源。级联换流器中的电压电平的数量由每个相位中的模块和通过每个模块产生的电压电平的数量确定。N个级联4电平换流器产生4N+1个相对中性点电压电平和8N+1个相间电压电平。

摘要： 本实用新型涉及一种模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器。模块化多电平换流器子模块包括：全桥电路、第一半桥驱动器、第二半桥驱动器、电容支路和旁路开关；旁路开关与全桥电路连接；电容支路与全桥电路并联；全桥电路包括串联的第一半桥功率电路和第二半桥功率电路；第一半桥驱动器与第一半桥功率电路连接；第二半桥驱动器与第二半桥功率电路连接。本实用新型的模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器，能够输出多电平，并且通过使用耐压规格较低的功率半导体器件，能够减少成本、体积和占地面积，还能够提高电能质量。

摘要： 本实用新型实施方式公开了模块化多电平换流器的子模块单元和和模块化多电平换流器。包括：一或多个的第一子模块，其具有第一输出电压；一或多个的第二子模块，其具有第二输出电压；其中所述第一子模块与所述第二子模块串联，所述第二子模块与所述第一子模块具有相同的电路拓扑结构，所述第二输出电压是所述第一输出电压的N倍，其中N为至少为2的正整数。模块化多电平换流器输出电压更加灵活，而且可以降低子模块的数量。

摘要： 本实用新型涉及一种模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器。模块化多电平换流器子模块，包括：第一半桥功率半导体器件、第二半桥功率半导体器件、第一半桥驱动器、第二半桥驱动器、母线支撑电容和旁路开关。本实用新型的模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器，通过使用耐压规格较低的功率半导体器件，能够减少成本，并且没有增加旁路开关和母线支撑电容，也能够减少成本，并且能够减少体积及占地面积。