检索结果-内蒙古大学图书馆

电工技术学报 2020年第S01期35卷 49-59页

作者：罗永捷蒲羿宋勇辉易力峥输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044 国网重庆市电力公司重庆400014

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半... 详细信息

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半桥型和全桥型子模块预充电电压特性及其等效电路,提出两类模块电容电压计算方法。利用全桥型子模块负电平输出特性,提出一种交流侧受控充电启动策略,能够在电容欠电压条件下避免换流器过调制从而抑制冲击电流。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了换流阀启动特性的正确性和所提出的启动控制策略的有效性。

关键词：混合型模块化多电平换流器过调制冲击电流启动控制策略

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混合型模块化多电平换流器小信号模型及其小信号稳定性研究

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中国电机工程学报 2019年第24期39卷 7286-7298+7502页

作者：鲁晓军向往林卫星文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室电力安全与高效湖北省重点实验室(华中科技大学) 特变电工新疆新能源股份有限公司

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC),该文提出其状态空间建模及小信号建模方法。通过建立混合型MMC电气系统、交直流电流控制系统和交直流网络模型,模块式地构建混合... 详细信息

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC),该文提出其状态空间建模及小信号建模方法。通过建立混合型MMC电气系统、交直流电流控制系统和交直流网络模型,模块式地构建混合型MMC-HVDC系统整体状态空间模型和小信号模型。以一个两端直流输电系统为例,通过对比电磁暂态模型与文中方法建立的状态空间模型和小信号模型的时域响应,验证所提建模方法的准确性。通过根轨迹分析混合型MMC的交/直流电流控制器各环节控制参数对系统小信号稳定性的影响,并在电磁暂态仿真模型中验证分析结果的精确性。对比换流器在整流和逆变运行状态下控制参数对系统小信号稳定性的影响结果,总结系统各控制参数引起小信号不稳定的典型主导状态变量及振荡频率范围,并给出各控制参数的取值建议。

关键词：模块化多电平换流器混合型模块化多电平换流器小信号模型小信号稳定性模块式建模

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混合型模块化多电平换流器解析建模与功率运行区间分析

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电力系统自动化 2018年第7期42卷 76-84页

作者：鲁晓军向往林卫星文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074 特变电工新疆新能源股份有限公司

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制... 详细信息

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电压水平下,电磁暂态模型仿真结果和稳态解析模型的计算结果,验证了稳态解析模型的精确性。研究了考虑多种运行约束条件时混合型MMC的功率运行区间计算方法,尤其考虑了半桥子模块的均压约束。计算了不同直流电压水平下的功率运行区间,分析了各约束条件以及子模块电容、桥臂电抗器、桥臂子模块比例等参数对功率运行区间的影响。

关键词：模块化多电平换流器混合型模块化多电平换流器运行区间解析模型高压直流输电

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混合型模块化多电平换流器能量均衡机理分析与控制研究

混合型模块化多电平换流器能量均衡机理分析与控制研究

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作者：路茂增华中科技大学

学位级别：博士

凭借较低的构建成本、较高的运行效率和良好的直流短路故障穿越能力,全桥-半桥混合型模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）已初步成为未来柔性直流输电工程的重要选择。同时,混合型MMC通过提高交流侧电压来提升换流... 详细信息

凭借较低的构建成本、较高的运行效率和良好的直流短路故障穿越能力,全桥-半桥混合型模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）已初步成为未来柔性直流输电工程的重要选择。同时,混合型MMC通过提高交流侧电压来提升换流器传输容量的潜力以及其低直流电压持续运行能力也受到国内外学者的关注。当混合型MMC运行于极对极短路故障、极对地短路故障、交流提压或直流降压场合时,桥臂间工作的不对称性和不同类型模块间工作的差异性会导致桥臂间以及桥臂内部不同类型的子模块间出现能量不均衡问题。然而,目前关于上述问题的研究不多,且已有的研究缺乏对问题机理的深刻认识。针对上述不足,本文重点探索不均衡问题发生的机理和表现形式,进而提出改进控制策略。具体内容包括:（1）研究了正常稳态下直接调制的全桥-半桥1:1混合型MMC内部能量均衡机理,并分析了环流抑制器对上述机理的影响。通过对内部环流的基频和直流分量列写等效电路,指出MMC可通过调节内部环流中的基频分量来自动实现桥臂间能量的均衡,通过调节内部环流的直流分量来自动实现相间能量的均衡。在桥臂间和相间能量均衡的基础上,当直流侧电压稳定时,换流器总能量平衡。当加入二倍频环流抑制器时,比例参数KP对内部环流中的直流分量和基频分量均起阻尼作用,进而会加快桥臂间和相间能量均衡的速度。（2）研究了极对极短路故障穿越下直接调制的全桥-半桥1:1混合型MMC桥臂间能量难以均衡的问题,并提出利用环流抑制器施加有源阻尼的改善方案;进一步提出故障期间半桥子模块的充电控制方案。当换流器开始穿越后,每相投入的电容、桥臂上阻抗和线路阻抗对检测延时阶段的电容放电电流构成变系数的二阶振荡电路,导致桥臂间能量难以均衡。考虑到故障期间直流侧电流稳态值为零,提出利用环流抑制器施加有源阻尼的方案。利用零直流电压下,全桥等效模块和半桥等效模块输出电压组合的冗余,提出可实现故障期间半桥子模块电容充电控制的改进穿越方案。相比传统的基于半桥子模块旁路的穿越方案,所提方案使换流器能更好的穿越长期故障。（3）研究了极对地短路故障穿越下直接调制的全桥-半桥1:1混合型MMC桥臂间能量不均衡问题的机理和送端故障极桥臂中的半桥子模块无法充电问题的机理,并提出了改进控制。发现直接调制的混合型MMC在穿越极对地短路故障时,换流器内部会激发出基频环流来维持桥臂电容电压的稳定;进一步指出环流抑制器的KP参数和桥臂阻抗对上述环流的阻尼会造成上、下桥臂间能量不均衡:正常极桥臂电容电压会维持在额定值附近,而故障极桥臂电容电压会偏离额定值。基于上述分析,提出一种基于基频环流前馈补偿的桥臂间能量均衡控制方案。同时发现当送端换流器工作于较高功率因数时,会出现故障极桥臂电流始终为负值的现象,半桥子模块的无法充电及子模块上的损耗导致混合型MMC无法穿越长期极对地短路故障。为此,提出基于基频无功环流注入以及全桥子模块和半桥子模块协调参与的改进穿越方案。相比传统方案,所提方案可在不牺牲功率因数的情况下,实现故障极半桥子模块电容的快速和准确的充电,使混合型MMC具备可靠穿越长期极对地短路故障的能力。（4）研究了交流提压和直流降压场合下混合型MMC内部潜在的全桥子模块和半桥子模块电容电压不均衡问题,并提出基于基频无功环流注入的均压改善方案。首先通过对一个基频周期内全桥和半桥子模块的充、放电过程分析,总结及推导出全桥和半桥子模块电容电压不均衡问题发生的机理及边界条件。进一步归纳出调制系数、功率因数和全桥配比三个主要因素,并分析了其对子模块电容电压不均衡问题的影响。最后,提出基于基频无功环流注入的解决方案。相比传统方案,所提的方案不需要降低功率因数,或提高全桥子模块配比,或改变换流器上、下桥臂对称的拓扑。（5）搭建了基于三相全桥型MMC的实验平台,完成了稳态并网实验、极对地短路故障穿越稳态实验和高调制系数下的运行实验。实验结果验证了极对地短路故障穿越下桥臂间能量不均衡问题和高调制系数运行下电容电压不均衡问题机理分析的合理性,以及所提改进控制策略的有效性。

关键词：柔性直流输电技术混合型模块化多电平换流器直接调制直流短路故障穿越能量均衡基频无功环流

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考虑子模块均压约束的混合型模块化多电平换流器功率极限分析

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电力系统保护与控制 2019年第5期47卷 17-25页

作者：廖敏许韦华杨杰李鹏飞季明晶鲁晓军向往文劲宇全球能源互联网研究院有限公司北京102209 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北武汉430074

混合型模块化多电平换流器具备降压运行和不闭锁穿越直流故障的能力,子模块均压约束是其降压运行时对稳态功率运行范围起主要限制的运行约束。从满足子模块均压约束的换流器桥臂电流和桥臂电压的特性出发,分析了混合型模块化多电平换流... 详细信息

混合型模块化多电平换流器具备降压运行和不闭锁穿越直流故障的能力,子模块均压约束是其降压运行时对稳态功率运行范围起主要限制的运行约束。从满足子模块均压约束的换流器桥臂电流和桥臂电压的特性出发,分析了混合型模块化多电平换流器在降压运行时的功率极限运行范围。提出了快速确定混合型模块化多电平换流器可行功率运行域的计算方法。通过对比解析扫描计算的结果和电磁暂态仿真共同验证了计算方法的准确性和有效性。分析了全桥子模块比例对功率运行极限范围的影响。从功率运行能力的角度提出了全桥子模块最小比例的设计方法。

关键词：混合型模块化多电平换流器模块化多电平换流器柔性直流输电功率运行域子模块均压

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低全桥比例混合MMC的直流故障穿越方法及过电压抑制策略

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中国电机工程学报 2025年第7期45卷 2744-2754,I0025页

作者：白璐瑶赵西贝黄勇李探薛英林赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209

混合型模块化多电平换流器(hybridmodular multi-level converter,hybrid-MMC)能够利用全桥子模块(full bridge sub-module,FBSM)清除直流故障,然而传统方法下FBSM占比较大,降低其占比有助于减少MMC的投资成本与运行损耗。为此,提出一... 详细信息

混合型模块化多电平换流器(hybridmodular multi-level converter,hybrid-MMC)能够利用全桥子模块(full bridge sub-module,FBSM)清除直流故障,然而传统方法下FBSM占比较大,降低其占比有助于减少MMC的投资成本与运行损耗。为此,提出一种低全桥比例混合MMC的直流故障穿越方案,通过短时削弱MMC对交流侧的电压支撑能力,使低全桥比例下的混合MMC具备与传统比例相同的故障穿越能力。进一步通过控制器设计与辅助耗能支路构建,使该方案能够适用于超大容量MMC系统。最后,在PSCAD中验证所提方案的有效性,结果表明:在故障穿越能力相同的前提下,采用该方案可以减少41.2%的FBSM数量,有望降低未来工程中对FBSM的需求。

关键词：混合型模块化多电平换流器全桥子模块直流故障穿越辅助耗能

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风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

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电力系统自动化 2020年第14期44卷 121-129页

作者：曹帅向往鲁晓军林卫星文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室华中科技大学湖北省武汉市430074 南洋理工大学能源研究所新加坡639798 思克莱德大学电气与电子工程学院英国格拉斯哥市G11XW 特变电工新疆新能源股份有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风... 详细信息

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。

关键词：风电并网交直流故障混合型模块化多电平换流器暂态能量转移自动限流控制

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混合型MMC全状态高效电磁暂态仿真方法研究

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中国电机工程学报 2021年第24期41卷 8520-8530页

作者：连攀杰刘文焯杨泽栋汤涌郁舒雁李霞许克电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

由半桥子模块和全桥子模块组成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)兼顾直流故障穿越能力和经济性,具有广阔的工程运用前景。针对混合型MMC电磁暂态模型存在等效复杂、内部节点多、计算效率低的问题,文章分... 详细信息

由半桥子模块和全桥子模块组成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)兼顾直流故障穿越能力和经济性,具有广阔的工程运用前景。针对混合型MMC电磁暂态模型存在等效复杂、内部节点多、计算效率低的问题,文章分析混合型MMC解闭锁模式的工作状态,提出一种"混合型MMC全状态高效电磁暂态仿真方法":根据混合型MMC中半桥子模块和全桥子模块的闭锁特性,提出一种混合型MMC的闭锁等效方法,提高混合型MMC闭锁模式的仿真效率;根据混合型MMC的调制特性,改进灵活堆排序的电容电压排序算法,提高混合型MMC解锁模式的仿真效率。最后,结合Matlab和PSCAD典型算例进行测试,验证所提高效混合型MMC全状态电磁暂态仿真方法的精确性和快速性。

关键词：混合型模块化多电平换流器电磁暂态全状态闭锁等效灵活堆排序算法

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含多类型故障限流设备动作的直流电网保护时序配合

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电力系统自动化 2019年第21期43卷 195-202页

作者：朱思丞赵成勇许建中新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

柔性直流电网作为新能源并网的有效手段,要求能够可靠开断直流故障电流。直流电网中配置的多种类型故障限流设备间的故障保护时序配合亟须研究。文中基于直流电网直流线路双极短路故障,研究了故障限流器、直流断路器、半桥全桥混合型模... 详细信息

柔性直流电网作为新能源并网的有效手段,要求能够可靠开断直流故障电流。直流电网中配置的多种类型故障限流设备间的故障保护时序配合亟须研究。文中基于直流电网直流线路双极短路故障,研究了故障限流器、直流断路器、半桥全桥混合型模块化多电平换流器以及DC/DC变换器这几类多类型故障限流设备的故障保护时序配合。针对包含环网状以及辐射状结构的复合型多端直流电网系统中的不同区域,配置不同类型的故障限流设备,同时采用检测故障电流变化率的方法判断直流断路器是否可靠动作。根据不同的故障区域,提出了相应的故障限流设备间的保护时序配合方案,并且考虑了部分限流设备如直流断路器拒动后其他限流设备的动作逻辑。在PSCAD/EMTDC仿真中验证了提出的直流电网中多类型限流设备保护时序的可靠性和有效性。

关键词：柔性直流电网保护时序配合故障限流器混合型模块化多电平换流器直流断路器

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混合型MMC接入弱交流电网稳定性分析及控制参数优化

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电力系统自动化 2020年第22期44卷 70-78页

作者：鲁晓军向往林卫星文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 电力安全与高效湖北省重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074 特变电工新疆新能源股份有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最... 详细信息

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最大有功功率,并基于参与因子及模式分析得到了不稳定模态的典型参与变量和振荡频率,且进行电磁暂态仿真验证。基于控制参数灵敏度及动态特性影响分析,得到有利于增强小干扰稳定性和提升最大有功传输能力的控制参数优化策略。研究表明:弱电网接入下,混合型MMC逆变运行时失稳主要与q轴控制相关,需减小内环比例控制系数和降低前馈交流电流、电压滤波截止频率;整流运行时失稳主要与d轴控制相关,需增大外环比例控制系数。

关键词：混合型模块化多电平换流器弱交流电网小信号模型小干扰稳定性

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