摘要：最近电平逼近调制(NLM)是模块化多电平变换器(MMC)中最常用的调制方式。电平数较少时,NLM的输出电压电流谐波严重畸变,使其无法用于电平数较少的变频调速场合。该文通过详细分析NLM下无差拍电流控制的开关过程,指出NLM调制下MMC无差拍电流控制具有滞环特性。定量分析了NLM下MMC无差拍电流控制的滞环环宽,得到了滞环环宽和输出电流波动范围的表达式。同时,设计了MMC背靠背变频调速系统的综合控制方案。与传统方案相比,所提方案具有控制结构简单、开关频率低、环流抑制容易实现和动态特性好等优点。在Matlab/Simulink中搭建了十一电平背靠背MMC中高压变频调速模型,验证了所提控制方案的正确性和有效性。

摘要：作为模块化多电平换流器(MMC)的重要组成部分,位于换流器桥臂的桥臂电抗器能够起到抑制换流器输出电流谐波以及限制暂态和故障电流的作用,其电感值的选取对于MMC的运行特性极为关键。文中提出了一种能够抑制交流侧电流波动量的桥臂电抗器值的设计方法。通过对MMC拓扑结构和工作原理的分析,对桥臂电抗器进行了简化等效,详细推导了等效电感值与交流侧电流波动量之间的关系,得出了一定交流侧电流波动量条件下的等效电抗器最小值的四阶方程,并利用MATLAB对方程求解,最终得到对应的桥臂电抗器值的下限值。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端21电平MMC直流输电系统模型,对设计方法的可行性和准确性进行了验证。仿真结果表明,设计的桥臂电抗器能够有效抑制交流谐波电流,且计算值与实验值基本吻合。

摘要：以单个子模块为出发点,分析死区对模块化多电平换流器(MMC)相单元总电压以及交流输出电压的影响.分析表明:在死区时间内,MMC相单元中实际处于投入状态的子模块总数与该相单元内部某一采样时刻发生投、切状态改变的子模块数相关,从而导致相单元总电压会出现短暂的过压(或欠压),不利于桥臂电抗器的运行,同时使MMC交流输出电压中出现不期望的电平数,增大了输出电压的总谐波畸变率.利用优化的均压算法减小了死区对MMC的影响,提高了输出电压的质量,研究最近电平逼近以及优化的均压算法在实现过程中面临的问题.设计一种适合于大规模MMC的控制系统硬件平台,研发了41电平三相MMC实验室样机.实验结果表明:所设计的控制系统是可行的;优化后的均压策略有效地降低了死区对MMC相单元总电压、交流输出电压以及桥臂电抗器的影响.

摘要：脉冲分配方式是实现如载波层叠调制、最近电平逼近调制等集中式多电平调制策略的主要难点。针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器,提出一种应用于集中式调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现方法。该脉冲分配器致力于使电平化后的调制信号遍历状态机中的所有路径,从而各个模块的开关次数在各个电平等级都得到均匀的分配,实现了模块电容电压的自然平衡特性。同时,针对低频类调制策略无法自动遍历状态机的情形,该状态机具有状态强制切换功能,在最大限度维持模块开关频率低频特性的条件下,使其能够在合理的时间范围内遍历状态机。通过基于模块化多电平变换器平台的仿真与实验验证了状态机型脉冲分配器的有效性。

摘要：基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)是当前最新型的柔性交流输电技术,与柔性直流输电中MMC交流电压在额定值附近不同,理论上UPFC串联侧MMC输出电压可在零到额定值之间任意可调,在调制比较小时,换流器输出电压中将含有较大的谐波成分。结合南京西环网UPFC实际工程,为研究基于MMC的UPFC对电网谐波的影响,从UPFC工作原理出发分析MMC谐波理论计算方法及分布特性,给出了UPFC接入系统后电网谐波的计算公式,用于评估系统各种运行方式下UPFC在不同子模块数量及电压调制比下的谐波特性及其对电网电压谐波的影响,为工程设计和系统运行维护提供依据。最后,理论计算和仿真结果验证了所提出的谐波分析计算方法的有效性。

摘要：三相H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)可以解决配电网冲击性、不对称负载造成的动态电能质量问题,也具有多电平、易扩展的特点,而静止同步补偿器数学模型是一个强耦合、非线性系统,存在有功无功解耦难的问题,H桥级联的拓扑又使得电容电压平衡控制成为难点。针对有功无功耦合问题,通过引入精确反馈线性化方法实现完全解耦,系统降阶为两个独立的一阶线性系统,并引入指数趋近律设计完成滑模控制器,克服了传统比例积分(PI)控制器参数整定困难、鲁棒性不佳的问题。针对电容电压平衡问题,通过分析单个H桥模块的工作模态,结合最近电平逼近调制策略,实现了电容均压。在Matlab/Simulink中搭建系统模型,数值仿真结果表明有功和无功功率完全解耦,可独立调节,电容电压能稳定在设定值,系统动态响应性能优于PI控制,并且对内部参数变动具有一定的鲁棒性。

摘要：模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)阀损耗精确计算,是柔性直流输电系统电路元器件选型、阀冷却系统设计和可靠性分析的重要依据。高压大容量MMC通常采用最近电平逼近调制(nearestlevelcontrol,NLC)和排序均压算法,其子模块投切规律复杂且具有一定随机性,现有阀损耗计算方法难以适用。为解决该问题,该文通过深入分析半桥型、全桥型、箝位双子模块等典型拓扑的损耗分布特性和排序均压算法下的子模块投切与轮换规律,提出一种MMC阀损耗精确计算方法。该方法适用于多种子模块拓扑,能够准确计算不同均压策略、不同运行工况下的换流阀损耗,尤其解决了排序算法下附加开关损耗计算困难的问题。最后,基于实际工程参数,对所提出计算方法与电磁暂态仿真结果进行对比验证,证明该方法的准确性。

摘要：为实现对基于MMC拓扑结构的高电压大容量柔性HVDC换流器的有效控制和监视,设计了一种采用基于VME总线的主从式系统架构的柔性直流输电用阀控系统。该系统选用MVME6100作为VME主处理器,外部使用SPARTAN-6和VIRTEX-6系列高性能FPGA板卡作为VME从处理单元,FPGA板底层实现了VME从板协议、Aurora和IEC60044-8通信协议。该系统采用Vx Works硬实时操作系统开发应用程序,并实现了最近电平逼近调制算法和环流抑制功能,可实现对换流器中上千个功率模块进行百微秒级周期的实时控制和监视。经过RT-LAB仿真试验验证,系统满足200电平系统的数据传输速率需求和控制规范要求。

摘要：模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其独特的优势取得了广泛的应用,其中子模块电容电压均衡排序算法成为了热点话题。目前国内外大多数均压算法优化的目的都是为了降低时间计算复杂度和器件的开关频率。通过分析MMC子模块电容电压更新过程和波动原理,推导均压算法的最小排序频率计算方法,通过仿真研究均压算法排序频率对均压效果的影响,根据仿真结果对排序频率进行了优化设计。最后,将厦门柔性直流输电工程作为算例,在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真,验证优化设计方案的正确性。由仿真结果可知,论文提出的排序频率优化算法具有较好的均压效果,相比传统的时刻排序方法可以降低器件一半的开关频率,且能同时降低整体平均时间计算复杂度。

摘要：为了提高柔性直流输电工程运行可靠性,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的每个桥臂均会配置一定数量的冗余子模块。在已有方式下,一旦发生冗余模块耗尽,直流系统需立即停运。本文提出通过将上、下桥臂投入子模块数量之和始终维持在额定数量,子模块电容电压仍可以维持为额定值,冗余耗尽并不会立即导致MMC无法运行,使柔性直流系统仍然具有继续运行的能力。对MMC交流输出电压能力随桥臂可运行子模块数量变化的规律进行了解析,得到了最大调制比随冗余系数变化的规律,并对冗余耗尽后MMC的功率输出极限进行了分析。研究表明,冗余耗尽首先导致MMC输出容性无功功率极限的下降,但是冗余耗尽在一定程度之内时,MMC仍可输出额定有功功率,为MMC冗余模块数量的优化和运行能力提升提供了空间,可以提高柔性直流输电系统的可靠性和可用率。