摘要：从子模块级、换流器级和系统级3个层次上设计了基于箝位双子模块(CDSM)的新型模块化多电平换流器(MMC)的冗余保护控制策略。提出了基于双晶闸管保护策略,其中一个晶闸管稳态长期导通来分担二极管电流以减少损耗,并分析了子模块的失效机制。设计了改进型最近电平调制和电容电压平衡策略。该方法动态调节电容电压参考值,通过引入故障因子对电容电压测量值进行修正以防止故障元件参与投切。利用3次谐波注入调制、变压器分接头档位控制和有功无功调节等手段,优化提高动态备用子模块数目和增强系统不间断功率运行能力。在PSCAD/EMTDC中搭建每桥臂105个子模块的仿真模型,仿真结果表明:引入双晶闸管保护策略后,整流侧和逆变侧二极管总损耗分别下降9.8%和5.3%;即使36个模块电容切除后,系统仍可正常运行,且换流器桥臂环流的增量不超过额定值的5%。

摘要：M3C(模块化多电平矩阵式换流器)子模块数量众多,常规故障检测和定位方法存在效率低、覆盖性不足、等效性差等问题。实现子模块IGBT(绝缘栅双极型晶体管)批量化非侵入故障检测和子模块电容的在线监测,对于M3C换流站的稳定运行尤为重要。为此,设计了一种基于低压交流源预充电方法的子模块IGBT非侵入式故障检测和定位策略,并提出一种基于子模块电容电压跳变特征和卡尔曼滤波算法的子模块电容状态参数综合在线监测方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建M3C换流站模型进行验证,仿真结果表明所提出的方法能高效准确地实现故障的检测定位以及电容状态的在线监测。

摘要：对模块化多电平换流器(MMC)采用站级控制器、子模块控制器(SMC)和阀基控制器(VBC)3层控制系统。设计了SMC与VBC之间的时序逻辑,保证了控制系统的实时性。当硬件模拟电路检测到子模块出现过电压或者欠电压时,如果过电压或者欠电压时间超过20μs,则SMC将故障信息传送至上层控制,有效降低了保护系统误动的概率。对采用了上述控制系统的MMC物理模拟系统进行了稳态实验,实验结果表明,系统能够有效控制直流电压、输送功率,并使子模块电压稳定在150 V左右。

摘要：模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的桥臂由大量子模块构成,器件故障的可能性很高。切除故障子模块后三相桥臂将处于不对称运行状态,交流相电流在故障相上下桥臂无法平均分配,导致直流电流波动。为此,首先建立子模块故障下MMC等值电路,然后推导分析了桥臂电流和直流电流波动分量和谐波构成。设计了一种新的抑制直流电流波动的控制策略。该策略的核心思想是在故障桥臂电压参考波上附加补偿电压分量。最后通过电磁暂态仿真验证了该方法的有效性与可行性。仿真结果表明:基频和二次谐波是直流电流波动分量的主导成分;应用本策略后,测试算例中直流电流波动分量被抑制到1%以下;电容电压动态修正环节可有效保证子模块投切计算数量与实际需求量一致。

摘要：故障子模块的切除运行会使模块化多电平变换器系统输出不平衡。分析了故障运行期间,由于相与相之间模块的不对称投入,相间环流将明显增大,不及时处理易造成输出过流、子模块过压等的情况。针对无冗余模块的子模块故障问题,使用调制波重组方式的故障穿越策略后,证明了相桥臂间仍不对称运行。然后,通过理论推导故障期间以及调制波重组后的环流状态,证明奇次谐波明显增加,并设计了基于二阶广义积分器的多谐波提取控制器,通过准比例谐振调节器完成对环流的抑制。最终,通过Matlab仿真以及10 k W样机平台完成控制策略的验证。

摘要：模块化多电平变换器(MMC)以其模块化、可扩展和便于冗余容错设计等优势在高压直流输电等大功率场合得到了很多应用。然而,采用大量电力电子元器件使可靠性成为制约MMC发展的主要因素,而通过设置备用子模块进而实现容错运行成为提高其可靠性的主要手段。针对含备用子模块MMC发生子模块故障导致上、下桥臂不对称运行的情况,本文通过理论分析表明,环流中不仅包含了偶次谐波成分,还包含了不对称运行产生的奇次谐波成分。据此,本文采用改进的环流重复控制器,在实现MMC故障后容错运行的同时,还实现了对环流各次谐波成分的有效抑制。所提出的环流重复控制器,不仅适用于上、下桥臂不对称工况,也适用于对称工况。因此,故障前后无需进行控制器的切换,降低了容错控制的复杂度。本文通过搭建单相MMC硬件平台,验证了所提控制策略的有效性。