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
DC-DC变换器是实现不同电压等级和拓扑结构的高压直流HVDC(high voltage direct current)电网互联的关键设备,随着新型电力系统的逐步建设,DC-DC变换器成为新型电力系统领域的研究热点之一。DC-DC变换器具有许多优点:可增加电网的可控性...DC-DC变换器是实现不同电压等级和拓扑结构的高压直流HVDC(high voltage direct current)电网互联的关键设备,随着新型电力系统的逐步建设,DC-DC变换器成为新型电力系统领域的研究热点之一。DC-DC变换器具有许多优点:可增加电网的可控性,可增强电网潮流控制、电压调节和故障阻断的能力。其中,直流模块化多电平变换器DC-MMC(DC modular multilevel converter)是用于互连具有相同线路拓扑HVDC系统的一种有效非隔离方法,然而,实际中直流系统往往电压等级和拓扑结构差别较大。基于此,提出了一种新型柔性DC-MMC的控制策略,该控制方法可实现不同线路拓扑HVDC的互连,如双极子与对称单极子互连。首先,详细阐述了高压直流输电系统中不同线路拓扑的特性;然后,针对新型DC-MMC建立了1种含变量变换的数学模型,并提出了基于平均桥臂模型和简化直流电网的控制方法;最后,在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,结果验证了所提方法可保障DC-MMC在正常运行和降级运行下均能正常工作。展开更多
传统级联型多电平变换器用于高压大容量电机变频调速系统的最大问题在于,需要采用体积庞大的多绕组工频变压器为各功率单元提供独立的直流供电电源。为解决这一不足,提出一种无需工频变压器耦合的新型四象限混合型模块组合多电平变换器(...传统级联型多电平变换器用于高压大容量电机变频调速系统的最大问题在于,需要采用体积庞大的多绕组工频变压器为各功率单元提供独立的直流供电电源。为解决这一不足,提出一种无需工频变压器耦合的新型四象限混合型模块组合多电平变换器(hybrid modular multilevel converter,HMMC)。HMMC由三桥臂功率单元(three-leg power unit,TPU)、半桥功率单元(half-bridge power unit,HPU)和桥臂电感级联而成,具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点。深入分析HMMC的拓扑结构、工作原理及相应的控制策略,并设计一台三电平HMMC试验样机,实验结果验证了提出的理论分析和控制策略的有效性和正确性。展开更多
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DC-DC变换器是实现不同电压等级和拓扑结构的高压直流HVDC(high voltage direct current)电网互联的关键设备,随着新型电力系统的逐步建设,DC-DC变换器成为新型电力系统领域的研究热点之一。DC-DC变换器具有许多优点:可增加电网的可控性,可增强电网潮流控制、电压调节和故障阻断的能力。其中,直流模块化多电平变换器DC-MMC(DC modular multilevel converter)是用于互连具有相同线路拓扑HVDC系统的一种有效非隔离方法,然而,实际中直流系统往往电压等级和拓扑结构差别较大。基于此,提出了一种新型柔性DC-MMC的控制策略,该控制方法可实现不同线路拓扑HVDC的互连,如双极子与对称单极子互连。首先,详细阐述了高压直流输电系统中不同线路拓扑的特性;然后,针对新型DC-MMC建立了1种含变量变换的数学模型,并提出了基于平均桥臂模型和简化直流电网的控制方法;最后,在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,结果验证了所提方法可保障DC-MMC在正常运行和降级运行下均能正常工作。
文摘传统级联型多电平变换器用于高压大容量电机变频调速系统的最大问题在于,需要采用体积庞大的多绕组工频变压器为各功率单元提供独立的直流供电电源。为解决这一不足,提出一种无需工频变压器耦合的新型四象限混合型模块组合多电平变换器(hybrid modular multilevel converter,HMMC)。HMMC由三桥臂功率单元(three-leg power unit,TPU)、半桥功率单元(half-bridge power unit,HPU)和桥臂电感级联而成,具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点。深入分析HMMC的拓扑结构、工作原理及相应的控制策略,并设计一台三电平HMMC试验样机,实验结果验证了提出的理论分析和控制策略的有效性和正确性。
文摘通过分析模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种MMC综合控制方案,包括直流母线电压控制和桥臂电容电压控制。该方案内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和内部环流的三重控制,不需要专门的环流控制器。该方案各桥臂电容电压控制基本相互独立,易于实现分布式控制。提出一种电流前馈控制方案,能有效减小电容电压的动态波动,提高动态响应速度。搭建了10 k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。
