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
文中提出一种新型单级式隔离型模块化多电平级联变换器(isolated modular multilevel cascade converter,I-MMCC),其具有中压三相交流(medium voltage three-phase AC,MVAC_((T-P)))、中压单相交流(medium voltage single phase AC,MVAC...文中提出一种新型单级式隔离型模块化多电平级联变换器(isolated modular multilevel cascade converter,I-MMCC),其具有中压三相交流(medium voltage three-phase AC,MVAC_((T-P)))、中压单相交流(medium voltage single phase AC,MVAC_((S-P)))和低压直流(low voltage DC,LVDC)3种电压端口。该变换器可实现从LVDC到MVAC的单级式功率变换,MVAC_((T-P))与MVAC_((S-P))电压端口能够实现同频或变频的AC-AC功率自由变换,其单极性调制策略可避免隔离型AC-AC矩阵变换器双向开关管换流暂态过程中出现的电压尖峰等问题。首先,介绍I-MMCC子模块拓扑结构与调制策略,并建立子模块及单相I-MMCC平均等效数学模型;其次,分析MVAC_((T-P))与MVAC_((S-P))端口变频–变压工作原理、稳态功率与端口特性,对单相交流端口基于正交虚拟电路概念,建立控制模型,并推导出MVAC_((S-P))、MVAC_((T-P))端口功率约束关系。最后,通过搭建一套实验样机验证所提出拓扑结构的有效性和优越性。展开更多
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
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。
文摘文中提出一种新型单级式隔离型模块化多电平级联变换器(isolated modular multilevel cascade converter,I-MMCC),其具有中压三相交流(medium voltage three-phase AC,MVAC_((T-P)))、中压单相交流(medium voltage single phase AC,MVAC_((S-P)))和低压直流(low voltage DC,LVDC)3种电压端口。该变换器可实现从LVDC到MVAC的单级式功率变换,MVAC_((T-P))与MVAC_((S-P))电压端口能够实现同频或变频的AC-AC功率自由变换,其单极性调制策略可避免隔离型AC-AC矩阵变换器双向开关管换流暂态过程中出现的电压尖峰等问题。首先,介绍I-MMCC子模块拓扑结构与调制策略,并建立子模块及单相I-MMCC平均等效数学模型;其次,分析MVAC_((T-P))与MVAC_((S-P))端口变频–变压工作原理、稳态功率与端口特性,对单相交流端口基于正交虚拟电路概念,建立控制模型,并推导出MVAC_((S-P))、MVAC_((T-P))端口功率约束关系。最后,通过搭建一套实验样机验证所提出拓扑结构的有效性和优越性。
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。
