模块化多电平变换器的两种调制策略研究

调制策略是研究模块化多电平变换器(MMC)的基础,也是影响MMC输出特性的重要因素。本文研究分析了两种调制策略:载波移相调制和载波层叠调制的原理以及在MMC中的实现方法。通过在Matlab/Simulink平台上的仿真,验证了载波移相调制更利于MMC各子模块电容电压的均衡,并且能使MMC获得更好的谐波特性。     

一种柔直换流器子模块电容容值优化方法

提出了一种优化柔直换流器(MMC)子模块电容容值的方法,采用这种方法,可以使子模块电容容值需求降低到常规方法的40%,同时电路损耗几乎保持不变。仿真结果验证了所提理论的正确性和可行性。     

一种基于比例-谐振(PR)控制的MMC环流抑制策略

环流是模块化多电平变换器(MMC)的固有属性,其存在让子模块电容电压波动幅度增大,并导致桥臂电流畸变且峰值增加,影响系统的运行特性。传统的基于二倍频负序旋转坐标变换的环流抑制策略控制环节繁琐且有一定局限性。本文分析了一种基于比例-谐振(PR)控制的环流抑制策略,该策略控制环节简洁、适用于任意相数的MMC系统。最后通过Matlab/Simulink平台上的仿真,证明了策略的有效性。     

中压直流船舶电力系统MMC的参数研究

在中压直流船舶综合电力系统中,换流器是其关键组成部分,但随着船舶电力系统电压等级的提升,传统换流器已经不能满足系统的需求。模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种新型换流器,可以代替传统换流器。首先对MMC的原理进行介绍,结合中压直流船舶电力系统的参数设计合适的MMC,并从子模块的电容电压波动、系统有功功率响应时间、抑制系统谐振和抑制系统内部环流4个方面对子模块电容和桥臂电感值进行选取,最后经过Matlab/Simulink仿真验证方案的可行性。     

MMC子模块电容电压波动特性研究

模块化多电平变换器(MMC)中子模块的电容由于悬浮布置,当电容上流过电流时会对电容进行充放电,从而产生较大的电容电压波动。本文利用环流与电容电压波动之间的关系,通过计算低频环流大小,对子模块电容电压的低频波动和开关频率次的波动进行了研究。最后在Matlab中搭建仿真模型,通过仿真验证了推导结果的正确性。     

不对称全桥飞跨电容型MMC在船舶推进电机中的应用

[目的]模块化多电平变换器(MMC)因其独特的模块化特性和较低的开关频率等优点,在交流传动系统中表现出良好的调速性能。针对MMC在船舶中压低频工作模式下的子模块电容电压波动问题和传统高频注入法所导致的共模电压过大问题,提出一种适用于船舶电力推进系统的不对称全桥飞跨电容型MMC改进型拓扑。[方法]首先,介绍改进型电路拓扑的工作原理和低频工况下电容电压的波动缘由;然后,结合方波注入法与可设置截止频率的环流注入法,设计相应的控制方案;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建带有螺旋桨负载的6 k V/36 MW永磁同步推进电机模型,模拟船舶电力推进系统的分级正车启动工况。[结果]仿真结果表明:该方案可以将低频段电容电压的波动百分比由16%降低至8%以内,且无共模电压注入。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。     

基于不对称全桥型MMC的船舶永磁电机推进系统仿真

为优化中压推进电机调速性能,利用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为推进电机变频器。采用不对称全桥型子模块拓扑,并设计相应的不对称全桥型MMC电机变频调速系统应用于船舶电推系统。在Matlab/Simulink环境下,分析船舶在不同工况下的螺旋桨工作特性以及不对称全桥型MMC调速性能。仿真结果表明,不对称全桥型MMC应用于船舶推进电机调速系统具有良好的控制精度及动态响应能力,采用分级运行模式对推进系统进行启动、停车以及倒车过程,可以减缓MMC电容电压波动,提高系统工作性能。     

自阻型MMC整流器在船舶中压直流电力系统中的应用

针对半桥型模块化多电平换流器（MMC）不具备处理直流故障的能力,采用一种自阻型子模块结构的MMC作为整流器,并在船舶中压直流（MVDC）电力系统中应用。搭建基于MMC的船舶MVDC环形电力系统模型,采用双闭环解耦控制、载波移相调制、子模块电容电压平衡和环流抑制综合控制策略;在Matlab/Simulink环境中,对其进行仿真验证。仿真结果表明,该综合控制策略可行。自阻型MMC的整流器可为船舶MVDC电力系统提供良好的稳态性能、动态性能和直流故障处理能力,可为船舶MVDC电力系统的进一步研究奠定基础。     

一种模块化直流变压器调制策略研究

隔离型模块化多电平直流变换器（IMMDC）是船用中压直流电力系统的关键部件,论文分析了IMMDC方波调制下桥臂压降与直流母线电压、交流侧方波电压幅值之间的关系。在此基础上,推导了IMMDC的平均等效模型,实现了电路直流回路与交流回路的解耦,针对IMMDC直流回路电流振荡问题,在方波调制的基础上提出了一种改进调制策略,在IMMDC系统中增加一个新的可控量来校正直流电流波形,进而稳定模块直流侧电容电压,提高系统的稳定性。最后,搭建了实验样机并完成了实验验证,结果表明改进调制策略能够有效地抑制直流电流的振荡,减小模块电容电压的波动,验证了所提调制策略的可行性与有效性。     

船舶中压直流电力系统中模块化多电平逆变器的谐波性能仿真研究

[目的]对船舶中压直流(MVDC)电力系统而言,模块化多电平逆变器(MMC)的应用是目前研究的热点。MMC的输出电压波形是否为正弦波将直接决定MVDC电网和负载的工作性能,因此改善MMC的谐波性能显得尤为重要。[方法]首先,以船舶MVDC电力系统为背景,研究MMC的谐波特性与电压等级、桥臂子模块(SM)数量之间的关系;然后,针对控制器采样周期、载波频率、调制比和桥臂电感值等参数对MMC逆变器谐波性能的影响,开展仿真对比分析。[结果]研究结果表明:较高电压等级的MMC应配置较多的子模块;当明确MMC子模块的数量后,调制比和采样周期是MMC谐波特性的主要影响因素。[结论]所得结论可为中压型MMC逆变器的参数设计提供决策依据。     

基于优化无源缓冲的串联SiC MOSFET均压方法

为解决驱动信号延迟造成SiC MOSFET在串联应用中电压失衡的问题,提出一种优化的无源缓冲方法.在MOS管栅极与漏极两端并联一个均压电容,通过改变器件的开关速度从而实现均压的目的.仿真结果表明,该方法在双管串联应用中能够较好的实现开关过程中的电压均衡,且只会引入很小的缓冲损耗和电流应力,证明了该方法的有效性.     

基于GA的电力系统无功优化

本文针对电力系统无功优化的问题,建立了基于GA的电力系统无功优化模型,设计了遗传算法用于求解,并通过实例进行仿真。计算机仿真结果表明,优化后的网损减少1／5,有效地降低了网损并提高了电压质量。     

一种低功耗数据路径综合的迭代改进算法

为了解决数据控制电路行为中功耗高的问题,论文对调度操作、时钟选择、模块选择和资源分配四个方面进行了深入探讨,并提出了一种降低合成数据路径的功耗迭代改进算法。该算法运用迭代改进策略,能够在寻找低功率解的过程中避免局部解陷入最小值。在考虑多种模块库和复杂的调度结构后,修正了供应电压和时钟选择策略,减少了计算候选供应电压和时钟周期中所涉及的计算工作。实验结果显示出该算法可以形成一个低功率应用的完整数据路径合成系统。     

基于MMC的船舶中压直流电力系统控制策略的研究

针对全桥模块化多电平换流器在船舶中压直流(Medium voltage DC, MVDC)电力系统中缺乏系统级的建模与控制问题,本文搭建了基于MMC 的船舶MVDC 电力系统模型,说明了该系统的框架结构与运行原理,提出了电压与无功外环,电流内环的双闭环控制策略,进一步验证了该系统发生直流侧短路故障时的故障限流能力,最后采用直流电压下垂控制并网方案,实现了双机有效的并联运行。通过Matlab/Simulink 的仿真分析,表明该系统具有良好的稳态特性和动态性能。     

基于S函数的船舶电站并网时变参数在线实时仿真

并网是现代舰船电站扩容的重要手段,精准并网对保障舰船安全稳定运行有重要意义,由此并网策略成为船舶电站研究的一项重要内容。根据船舶电站并网策略中并网参数的船级社要求和并网参数的时变特性,针对Simulink并网模拟仿真器采用RMS模块不能满足电压精度要求问题,提出利用S函数改进并网电压时变参数RMS模块的检测精度,建立包括频差、相差、电压差在线实时检测的并网检测与控制器模型,并进行船舶电站的并网检测与控制仿真,仿真结果表明该方法保证了时变参数的仿真精度,提高并网的成功率。     

一种新型H桥五电平有源中点钳位逆变器控制策略

保持母线中点电位和悬浮电容电压的稳定是H桥型五电平有源中点钳位型逆变器稳定工作的前提。针对上述问题,本文在载波层叠调制策略的基础上,分析不同开关状态对悬浮电容电压的影响,通过选择合适的冗余开关状态实现悬浮电容电压的稳定;对于母线中点电位平衡控制问题,提出了修正H桥左右桥臂参考波电压比例分配实现平衡控制,最后通过Matlab/Simulink仿真结果验证所提控制策略的有效性。     

基于小波包-模糊控制的燃料电池混合动力船舶能量控制策略

由于负载波动导致混合动力船舶存在燃料电池电能质量下降及蓄电池使用寿命缩短的问题,因此,针对该问题首先对船舶动力系统进行模拟改装。采用超级电容、磷酸铁锂电池构成复合储能系统,设计基于小波包及模糊控制的能量控制策略,通过搭建动力系统及能量控制策略的Simulink仿真模型对所提控制策略有效性进行验证。仿真结果表明,该控制策略能够有效地优化电池充放电过程,延长电池使用寿命、降低燃料电池输出功率的波动及稳定母线电压提高电能质量。     

制动装置能量泄放尖峰电压的研究

大转动惯量电机实现快速停车需要制动装置配合,直流母线电缆的寄生电感与制动装置直流支撑电容匹配不合理时,容易在直流支撑电容上产生尖峰电压,严重影响制动装置对母线电压的准确调节。针对一种大功率瞬时耗能的制动装置,在考虑电路杂散参数基础上,利用拉普拉斯变换建立系统运算电路模型,通过电路暂态过程分析,推导出直流支撑电容电压振幅的表达式。改变电路中影响电压振幅的参数,进行仿真和实验,验证了理论分析和仿真计算的正确性。     

单相交流逆变系统直流侧电容电压脉动分析

对于单相交流逆变系统,其直流侧电容电压存在固有的2倍于逆变器输出频率的脉动,本文基于基本电路原理对系统暂态过程中电气量的变化规律进行了分析,总结了系统直流侧电容电压脉动的机理,并建立了仿真模型,对系统直流侧电压脉动的相关典型工况进行了分析。     

基于DIgSILENT仿真的最大功率跟踪和无功补偿研究

论文主要研究了风力发电机运行稳定性的机械部分,运用曲线拟合方法和爬山算法对最大功率跟踪控制方法进行了比较研究,在DIg SLIENT仿真过程中建立了改进的控制模块并进行比较研究,从而得出改进的爬山算法和MPPT的控制模块具有良好的计算效果。通过建立SVC和STATCOM的模型和改进的控制模块连接到风力发电系统,在DIg SLIENT仿真中验证了SVC和STATCOM模型的有效性,并分析了模型对风力发电设备和系统的影响。研究结果表明,STATCOM在电网三相短路故障中有利于电压恢复和无功补偿。