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
模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput paralle...模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput parallel,ISOP)型MMC-SST具有较高的功率密度,但是在中压直流(medium voltage DC,MVDC)端口短路故障情况下无法持续向低压侧供电;双向有源全桥变换器(dualactive bridge,DAB)型MMC-SST则存在功率密度低、成本高等问题,并且传统的半桥结构的DAB型MMC-SST在MVDC端口短路故障情况下同样无法持续向低压侧供电。文章提出了一种子模块桥臂复用(arm integrated submodule,AISM)型MMC-SST拓扑,在不改变MMC-SST端口电气特性的情况下,在有效减少开关器件数量的同时,还使得SST具备中压直流端口短路故障下的不间断运行能力,进而提升SST的功率密度和供电可靠性。针对文中提出的AISM型MMCSST拓扑,该文还提出了一种针对输入级MMC的混频调制方法,基于共模、差模解耦原理,实现输入级MMC桥臂电压的高频分量和低频分量的解耦。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提拓扑及控制方法的可行性。展开更多
基于模块化多电平换流器的固态变压器(modular multi-level converter based solid-state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。双向有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器...基于模块化多电平换流器的固态变压器(modular multi-level converter based solid-state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。双向有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器型MMC-SST存在功率密度低、成本高等问题,且传统半桥结构的DAB型MMC-SST在中压直流(medium voltage direct current,MVDC)端口短路故障情况下无法清除故障电流,限制了其在配电网中的应用;传统全桥结构的DAB型MMC-SST虽具备故障阻断能力,但同时也增加了开关管数目。文中基于混频调制原理,对传统DAB型MMC-SST的拓扑进行改进,提出基于钳位子模块的开关对复用(clamped switch pair integrated submodule,CSPI)型MMC-SST拓扑,该拓扑与传统半桥、全桥结构的DAB型MMC-SST拓扑相比,不仅节约了开关器件,还使得SST具备MVDC短路故障清除能力,极大地提高了DAB型MMC-SST的功率密度和供电可靠性。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提CSPI型MMC-SST拓扑及频率解耦方法的可行性。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。
文摘模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput parallel,ISOP)型MMC-SST具有较高的功率密度,但是在中压直流(medium voltage DC,MVDC)端口短路故障情况下无法持续向低压侧供电;双向有源全桥变换器(dualactive bridge,DAB)型MMC-SST则存在功率密度低、成本高等问题,并且传统的半桥结构的DAB型MMC-SST在MVDC端口短路故障情况下同样无法持续向低压侧供电。文章提出了一种子模块桥臂复用(arm integrated submodule,AISM)型MMC-SST拓扑,在不改变MMC-SST端口电气特性的情况下,在有效减少开关器件数量的同时,还使得SST具备中压直流端口短路故障下的不间断运行能力,进而提升SST的功率密度和供电可靠性。针对文中提出的AISM型MMCSST拓扑,该文还提出了一种针对输入级MMC的混频调制方法,基于共模、差模解耦原理,实现输入级MMC桥臂电压的高频分量和低频分量的解耦。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提拓扑及控制方法的可行性。
文摘基于模块化多电平换流器的固态变压器(modular multi-level converter based solid-state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。双向有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器型MMC-SST存在功率密度低、成本高等问题,且传统半桥结构的DAB型MMC-SST在中压直流(medium voltage direct current,MVDC)端口短路故障情况下无法清除故障电流,限制了其在配电网中的应用;传统全桥结构的DAB型MMC-SST虽具备故障阻断能力,但同时也增加了开关管数目。文中基于混频调制原理,对传统DAB型MMC-SST的拓扑进行改进,提出基于钳位子模块的开关对复用(clamped switch pair integrated submodule,CSPI)型MMC-SST拓扑,该拓扑与传统半桥、全桥结构的DAB型MMC-SST拓扑相比,不仅节约了开关器件,还使得SST具备MVDC短路故障清除能力,极大地提高了DAB型MMC-SST的功率密度和供电可靠性。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提CSPI型MMC-SST拓扑及频率解耦方法的可行性。
