Y型模块化多电平换流器(modular multilevel converter in Y configuration,Y-MMC)的Y形结构,使其预充电及并网过程更为复杂,基于环流控制的一般启动策略不再适用。针对上述问题,设计基于模型预测控制的渐进预充电方法及无扰动并网方法...Y型模块化多电平换流器(modular multilevel converter in Y configuration,Y-MMC)的Y形结构,使其预充电及并网过程更为复杂,基于环流控制的一般启动策略不再适用。针对上述问题,设计基于模型预测控制的渐进预充电方法及无扰动并网方法,提出一种模型预测渐进启动控制策略。首先,建立桥臂电流和电容电压预测模型,通过模型预测控制改变充电电流回路、幅值和相角,实现可控充电最大有功输入,对各个桥臂渐进充电。其次,根据电流误差灵活投切子模块,逐渐平衡充电回路电势差,辅助模型预测控制抑制冲击电流。然后,协调外环比例积分控制与内环模型预测控制,通过切换外环功率和电压控制模式,实现基于Y-MMC的柔性低频输电系统无扰动并网过程。最后,通过Matlab/Simulink对双端柔性低频输电系统进行仿真分析,所提控制策略保障了启动过程较低的电流冲击和较高的充电速度,使系统平稳快速进入稳定运行状态。展开更多
为了研究模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在嵌入储能系统(battery energy storage system,BESS)后内部动态特性的变化规律,对MMC-BESS的运行特性进行了详细分析,并提出了一种桥臂级平均值模型(arm average model,...为了研究模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在嵌入储能系统(battery energy storage system,BESS)后内部动态特性的变化规律,对MMC-BESS的运行特性进行了详细分析,并提出了一种桥臂级平均值模型(arm average model,AAM)进行验证。首先,在假设桥臂中各储能子模块状态一致的前提下,将离散环节连续化,并根据电路特性方程构建了MMC-BESS的AAM电路模型。然后,根据交流端、直流端以及储能端之间的功率关系对MMC-BESS的运行模式进行划分,建立了桥臂电流与电池功率之间的关系,并对电池功率不均衡状态下的桥臂电流进行了分析。最后,利用Matlab/Simulink分别搭建了MMC-BESS的开关模型和AAM模型,并基于AAM验证了多种工况下的桥臂电流响应。仿真结果表明,AAM在显著提高仿真效率的同时可保证较高的准确性,电池功率的大小与均衡状况对桥臂电流的成分有较大影响。展开更多
部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电...部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。展开更多
模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)拓扑已广泛应用于中高压大功率输配电和电机驱动领域。其中,具有直流故障穿越能力的全桥子模块(full-bridge submodule,FB-SM)型MMC拓扑目前正受到越来越多的关注和应用,但为了抑...模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)拓扑已广泛应用于中高压大功率输配电和电机驱动领域。其中,具有直流故障穿越能力的全桥子模块(full-bridge submodule,FB-SM)型MMC拓扑目前正受到越来越多的关注和应用,但为了抑制子模块电容电压纹波,需使用较大电容值的子模块电容,其显著增加系统的硬件成本和体积。该文提出一种基于器件复用的有源功率解耦型FB-SM(FB-SM with active power decoupling,APD-SM),通过子模块中的器件复用,使其兼具电容电压纹波抑制和直流故障穿越能力,同时不改变MMC拓扑的外输出特性。相较于传统FB-SM拓扑,该拓扑可在全功率因数范围内显著抑制子模块电容电压纹波;详细介绍该拓扑的推演规律、运行原理、调制方法和控制策略,并对拓扑结构中的关键参数进行分析和设计,从多方面与传统FB-SM拓扑进行对比分析;最后,基于PLECS仿真平台搭建APD-SM和FB-SM型MMC仿真模型(分别缩写为APD-MMC和FB-MMC),并基于样机模型进行实验验证。仿真和实验结果验证该拓扑和控制策略的有效性。展开更多
文摘Y型模块化多电平换流器(modular multilevel converter in Y configuration,Y-MMC)的Y形结构,使其预充电及并网过程更为复杂,基于环流控制的一般启动策略不再适用。针对上述问题,设计基于模型预测控制的渐进预充电方法及无扰动并网方法,提出一种模型预测渐进启动控制策略。首先,建立桥臂电流和电容电压预测模型,通过模型预测控制改变充电电流回路、幅值和相角,实现可控充电最大有功输入,对各个桥臂渐进充电。其次,根据电流误差灵活投切子模块,逐渐平衡充电回路电势差,辅助模型预测控制抑制冲击电流。然后,协调外环比例积分控制与内环模型预测控制,通过切换外环功率和电压控制模式,实现基于Y-MMC的柔性低频输电系统无扰动并网过程。最后,通过Matlab/Simulink对双端柔性低频输电系统进行仿真分析,所提控制策略保障了启动过程较低的电流冲击和较高的充电速度,使系统平稳快速进入稳定运行状态。
文摘为了研究模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在嵌入储能系统(battery energy storage system,BESS)后内部动态特性的变化规律,对MMC-BESS的运行特性进行了详细分析,并提出了一种桥臂级平均值模型(arm average model,AAM)进行验证。首先,在假设桥臂中各储能子模块状态一致的前提下,将离散环节连续化,并根据电路特性方程构建了MMC-BESS的AAM电路模型。然后,根据交流端、直流端以及储能端之间的功率关系对MMC-BESS的运行模式进行划分,建立了桥臂电流与电池功率之间的关系,并对电池功率不均衡状态下的桥臂电流进行了分析。最后,利用Matlab/Simulink分别搭建了MMC-BESS的开关模型和AAM模型,并基于AAM验证了多种工况下的桥臂电流响应。仿真结果表明,AAM在显著提高仿真效率的同时可保证较高的准确性,电池功率的大小与均衡状况对桥臂电流的成分有较大影响。
文摘部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。
文摘模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)拓扑已广泛应用于中高压大功率输配电和电机驱动领域。其中,具有直流故障穿越能力的全桥子模块(full-bridge submodule,FB-SM)型MMC拓扑目前正受到越来越多的关注和应用,但为了抑制子模块电容电压纹波,需使用较大电容值的子模块电容,其显著增加系统的硬件成本和体积。该文提出一种基于器件复用的有源功率解耦型FB-SM(FB-SM with active power decoupling,APD-SM),通过子模块中的器件复用,使其兼具电容电压纹波抑制和直流故障穿越能力,同时不改变MMC拓扑的外输出特性。相较于传统FB-SM拓扑,该拓扑可在全功率因数范围内显著抑制子模块电容电压纹波;详细介绍该拓扑的推演规律、运行原理、调制方法和控制策略,并对拓扑结构中的关键参数进行分析和设计,从多方面与传统FB-SM拓扑进行对比分析;最后,基于PLECS仿真平台搭建APD-SM和FB-SM型MMC仿真模型(分别缩写为APD-MMC和FB-MMC),并基于样机模型进行实验验证。仿真和实验结果验证该拓扑和控制策略的有效性。
文摘模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)近年来得到了广泛的发展与应用。电容器是MMC中子模块(sub-module,SM)的重要组成部分与关键元件,承担直流支撑与储能工作。为保证MMC系统的安全可靠运行,有必要对子模块电容器状态监测方法展开研究。基于MMC系统运行特性,提出一种在工频周期内对子模块电压进行多相位点采样,并结合系统控制侧开关信号、调制比与交流侧电流电压幅值、相位等信息构建电压电流状态方程,以求解电容值与等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)值等状态特征参量的子模块电容器状态监测方法。随后搭建单相七电平MMC系统仿真平台与半实物仿真平台,对上述方法的可行性与准确性进行验证。仿真结果表明子模块电容器C值监测误差绝对值小于0.03%,ESR值监测误差绝对值小于0.5%。实验结果表明C值监测误差绝对值小于1.5%,ESR值监测误差小于10%,满足子模块电容器状态监测要求。
