AAA 启停-模块化多电平换流器型直流输电系统的启停控制_周月宾

南京市继续教育专业课2023年智能电网专题讲座

2023年智能电网专题讲座单选题(共5题，每题6分)1、(A)是全球首个提出近零排放建设目标的城市。

正确答案：A、伦敦2、(B)阶段，BIM技术提供了可视化、模拟性、优化性、可出图性等手段，易于早期发现并改正问题，对多种方案进行分析和对比，从而形成最优方案。

正确答案：B、规划设计3、(C)是电动汽车电能补给的重要补充，未来有望趋于标准化、共享化发展。

正确答案：C、换电技术4、在构建新型电力系统中，(A)是核心目标。

正确答案：A、清洁低碳5、目前我国柔性直流输电的国家标准一共有多少项?(D)正确答案：D、176、(B)是并网发电系统进行电能变换的核心，通常采用全桥逆变电路。

正确答案：B、并网逆变器7、在构建新型电力系统中，(A)是核心目标。

正确答案：A、清洁低碳8、氢储能系统的成本大约是在每干瓦(C)左右，远远高于其他的储能方式。

正确答案：C、一万三千元9、(C)是实现数字电网的基础。

正确答案：C、数字技术10、(C)年国务院提出以合同能源管理模式建设分布式电源。

正确答案：C、2015多选题(共8题，每题8分)1、压缩空气储能的主要环节包括(ABCD)。

正确答案：A、压缩环节B、膨胀发电环节C、换热储热回热环节D、储气环节2、微电网指由(ABCDE)等组成的小型供电网络。

正确答案：A、分布式发电B、用电负荷C、监控D、保护E、自动化装置3、国内火电灵活性改造的核心目标是充分响应电力系统的波动性变化，实现(ABC)等目标。

正确答案：A、降低最小出力B、快速启停C、快速升降负荷4、光热发电的关键技术主要有(ABCDE)。

正确答案：A、光热高温集热/储热关键技术和设备B、光热发电建模及运行特C、含光热发电的电力系统优化运行方法D、光热电站优化配置E、光热发电综合效益评估5、光储直柔建筑的特征有哪些?(ABCDE)正确答案：A、高电气化率B、高渗透率建筑光伏C、超低排放近零能耗口D、楼宇智慧能源管理E、设备即插即用6、新型电力系统的建设进程分为(ABC)。

配电网多端柔性互联协调控制策略

ELECTRIC DRIVE2024Vol.54No.4电气传动2024年第54卷第4期配电网多端柔性互联协调控制策略陶艳，王晨清，郑明忠，袁宇波，孔祥平，林金娇（江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京211100）摘要：随着社会经济的快速发展和新型电力系统建设的加快推进，柔性互联逐渐成为配电网网架升级和灵活调控能力提升的重要技术手段。

针对多端柔性互联系统的功率控制需求，提出了一种面向工程应用的功率协调控制策略，包括在部分馈线重载时合理分配功率的重载限制控制，以及在所有馈线重载时优化潮流分布的功率均衡控制。

基于所提策略开发了柔性互联协调控制装置并应用于实际工程。

基于电网真实数据的案例分析和工程实测数据验证了所提策略能够应对不同负荷/电源特性的配电网柔性互联场景，有效解决配电网中馈线重载和光伏倒送的问题，提高配电网的供电效率和安全性。

关键词：配电网；柔性互联；协调控制；重载限制；功率均衡中图分类号：TM732文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd25269Coordinated Control Strategy for Multi-terminal Flexible Interconnection System in Distribution Network TAO Yan，WANG Chenqing，ZHENG Mingzhong，YUAN Yubo，KONG Xiangping，LIN Jinjiao（Jiangsu Electric Power Test Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing211100，Jiangsu，China）Abstract：With the rapid development of the society and economy and the accelerated construction of new power systems，flexible interconnection has gradually become an important technical means for upgrading the structure and enhancing the flexible regulation ability of distribution network.A power coordinated control strategy for engineering applications was proposed to address the power control requirements of multi-terminal flexible interconnection systems，including heavy-load limiting control for the rational power distribution when some feeder lines were heavy-loaded，and power balance control for power flow optimization distribution when all feeders were heavy-loaded.A flexible interconnection coordinated control device was developed based on the proposed strategy and applied to practical engineering.The case analysis based on the real load data and the measured data of the project verify that the proposed strategy can deal with different flexible interconnection scenarios with different load/power characteristics，effectively solve the problems of unbalanced feeder load and reverse PV power flow in the distribution network，and improve the power supply efficiency and security.Key words：distribution network；flexible interconnection；coordinated control；heavy-load limiting；power balance在以新能源为主体的新型电力系统建设背景下，配电网用电需求增长与网络结构不合理的矛盾和分布式能源广泛接入与电网消纳能力有限的矛盾时空交织，造成现有配电网负荷分布严重不均衡，影响电网安全稳定运行[1-2]。

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述周海鸿;杨明发;阮俊峰【摘要】基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式.同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点.在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力.本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2019(020)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】模块化多电平换流器(MMC);直流故障隔离;柔性直流输电系统【作者】周海鸿;杨明发;阮俊峰【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116【正文语种】中文柔性直流输电可应用于以下领域：远距离大容量输电、海上风电场接入电网、分布式电源接入电网、向海上钻井平台或偏远地区供电[1]。

考虑到中国可再生能源发电资源的整合与并网以及远距离大容量传输的需求，需要开展建设基于电压源换流器的直流电网[2]。

同交流输电技术相比，高压柔性直流输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点[3]。

它可以充分利用各种能源资源的互补特性及现有的交直流输配电设备，实现广域大范围内能源资源的优化配置、大规模新能源电力的可靠接入以及现有电力系统运行稳定性的提升。

1990年，加拿大麦吉尔大学的Boon. Teck Ooi教授等人首先提出了基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术。

模块化多电平换流器（MMC）是一种新型电压源换流器的概念和拓扑结构，由德国慕尼黑联邦国防军大学学者A. Lesnicar和R. Marquardt在2001年首次提出[4]。

模块化多电平换流器（MMC）调制方法综述

模块化多电平换流器（MMC）调制方法综述王蕊;王斌;万杰星【摘要】介绍了模块化多电平换流器（MMC）的拓扑和工作原理,分类别详叙了各种调制方法。

总结了不同调制技术的优缺点和应用场合,为MMC的工程应用提供了借鉴意义。

提出了MMC调制技术的改进方向,对进一步的研究探索有积极意义。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】5页(P43-47)【关键词】模块化多电平换流器;调制技术;载波移相调制法;载波层叠调制;最近电平逼近调制;多电平SVPWM;特定次谐波消除脉宽调制【作者】王蕊;王斌;万杰星【作者单位】[1]东南大学电气工程学院,江苏南京210096;[2]中航宝胜海洋工程电缆有限公司,江苏南京225100【正文语种】中文【中图分类】TM46随着全球能源互联网和柔性交流输电系统(Flexible Alternative Current Transmission Systems,FACTS)的发展,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter ,MMC)越来越得到科研工作者的关注和研究。

MMC以其高度模块化、容易拓展和输出性能好等特点,应用越来越广泛,应用领域已逐步从传统的高压直流(High-Voltage DC,HVDC)输电应用向中高压电力传动、电能质量治理、高压直流功率变换等领域拓展,并已获得了初步的研究成果,展现出良好的应用前景[1]。

对于MMC 的研究也逐渐展示出多元化的特点,关键技术包括MMC调制技术、直流电压稳定技术、环流分析及抑制方法、谐波分析及抑制技术、故障情况下的穿越能力等。

本文选取 MMC的调制技术作为重点,对近年来的研究情况进行梳理和总结,为MMC的工程应用提供借鉴,具有重要的理论价值和现实指导意义。

MMC工作时的拓扑结构如图1所示。

其中Ls为网侧电感,Rs为网侧内阻,Ns为交流中性电位参考点,MMC每相上下桥臂各包含N个子模块。

模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究

模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究摘要本文主要对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC) 中的均压优化控制进行的研究，整个模块化多电平换流器仿真需要将输入的三相交流电转化为直流电，并且各个子模块电压差值需要尽量的小，从而保证整个系统能够稳定运行，对载波移相脉宽调制策略进行推导与改进，使得模块化多电平换流器能够在更短的时间内稳定，且子模块电容电压在合理的控制中保持均衡。

仿真实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。

关键词模块化多电平换流器；子模块均压；载波移相脉宽调制Simulation Study on Optimal Voltage Equalization Control ofModular Multi-level ConverterZ5号宋体oufucheng Daipanyang(Aba Teachers University,Si chuan Wenchuan,China )Abstract This paper mainly studies the voltage optimizationcontrol in Modular Multilevel Converter. The whole modular multi-level converter simulation needs to convert the input three-phase AC into DC, and the voltage difference between each sub-module needs to be assmall as possible. Thus, the whole system can run stably, and the strategy of carrier phase-shifted PWM is deduced and improved, so that the modular multi-level converter can be stable in a shorter time, andthe capacitance voltage of the sub-modules can be balanced in a reasonable control.The simulation experiment results prove the correctness and feasibility of the proposed method.keywords MMC; sub-module voltage equalizer; carrier phase shift PWM引言随着西电东送工程的实施，电能的损耗也随着高压长距离输电不断增大，从而使得直流输电在电力传输中脱颖而出。

模块化多电平换流器的建模与控制

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆａｒｎｌｃｕｒｒｅｎｔ．ＴｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎＭＭＣａｒｍｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｒｅｌｉａｚｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｎｔｅｎａｒｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆＭＭＣ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅｖｌｉａｄｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙ．ｇ
摘
２３０００９；
２３０００９）
要：分析了模块化多电平换流器（ＭＭＣ）的拓扑结构及原理。基于ＭＭＣ的桥
臂电流，建立了新型的电磁暂态模型，其中包括桥臂电流中基波分量、直流分量和二次分量的线性化方程。在此模型基础上，针对ＭＭＣ桥臂电流中各分量提出相应控制策王新颖（１９８８一），
・
分布式电源・
低压电器（２０１３Ｎｏ．７）
Байду номын сангаас
模块化多电平换流器的建模与控制

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略曹春刚;赵成勇;陈晓芳【摘要】Modular multilevel converter (MMC) is a new topology in VSC-HVDC,which is different from the conventional two level VSC. Therefore.it is significant to study the modeling and control strategy of MMC-HVDC. The topology and working principle of MMC are introduced in this paper. Considering the reactance of the bridge, the mathematic model of the MMC-HVDC was developed, and the simplified circuit diagram of MMC-HVDC was obtained. The 21-level MMC-HVDC system was constructed in PSCAD/EMTDC environment. In the synchronous dq reference frame, the feed forward compensation control strategy is applied, and the simulation results verify that the mathematical model is correct and the control strategy is effective.%模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义.论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理.在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图.在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)004【总页数】6页(P13-18)【关键词】模块化多电平换流器;桥臂电抗;数学模型;简化电路图;控制策略【作者】曹春刚;赵成勇;陈晓芳【作者单位】华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM721.1电压源换流器型直流输电VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)，具有有功无功灵活可调、占地面积小、环境污染小、具备黑启动能力等显著优点，在可再生清洁能源(如风能和太阳能)的大力开发和利用，城市配电网转入地下改造等领域得到越来越广泛的应用[1～5]。

模块化多电平换流器型直流输电

模块化多电平换流器型直流输电【摘要】电网规模不断扩大，清洁能源的开发利用越来越受到关注，智能电网让太阳能、风能等新能源并入电网并能对其介入过程自行控制，对清洁能源的投入并网和补偿机制的研究势在必行。

本文结合南汇风电场柔性直流输电工程，简单分析柔性直流输电的控制原理及基础理论。

【关键词】柔性直流控制方式换流阀1引言上海南汇柔性直流输电技术示范工程是国内首例柔性直流输电工程，将上海南汇风电场发出的风电能源并入上海电网之内。

柔性直流输电技术通过对两端电压源换流器的有效控制可以实现两个交流有源网络之间有功的相互传送，在有功传送的同时，各端电压源换流器还可以调节各自所吸收或发出的无功，对所联两端交流系统予以无功支持，是一种具有快速调节能力、多控制变量的新型直流输电系统。

2一次系统结构柔性直流换流站的一次系统结构为35KV交流系统通过开关连接至换流变，将交流侧的电压变换为换流阀输入所需要的电压（31KV）然后进行交/直流变换（直流电压为±30KV），通过直流线路输送至对侧换流站再进行直/交流变换。

每个桥臂每相分别安装一个阀电抗器。

阀电抗器是VSC与交流系统之间传输功率的纽带，它决定换流阀的功率输送能力、有功功率与无功功率的控制；同时阀电抗器能抑制换流阀输出的电流和电压中的开关频率谐波量，以获得期望的基波电流和基波电压。

另外，换流电抗器还能抑制短路电流。

3柔性直流运行模式和控制方式MMC可以通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，独立地控制输出的有功功率和无功功率。

有功功率的传输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于Uc。

因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控制Uc就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。

从系统角度来看，VSC可视为一无转动惯量的电动机或发电机，可以实现有功和无功功率的瞬时独立调节，进行四象限运行。

4柔性直流换流阀原理模块化多电平换流器阀是由多个IGBT子模块进行级联而成的，单个子模块中由两个IGBT串联组成一个半桥换流器，同时并联一个直流支撑电容，辅助元件包括快速旁路开关（真空断路器）、短路保护晶闸管（压接式晶闸管）、均压电阻、还有子模块控制器（SMC，Sub-Module Controllers）。

基于准PR调节器的模块化多电平变流器输电控制方法

基于准PR调节器的模块化多电平变流器输电控制方法
摆世彬;田志浩;王峰;孙丽香
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2023(21)1
【摘要】基于不平衡交流电网内功率波动导致模块化多电平变流器子模块能量不平衡,间接导致模块化多电平变流器型高压直流输电性能受到影响的问题,提出复合控制方法,将基于子模块电压值的电平调制方法与环流抑制方法相结合,在PSCAD/EMTDC软件上构建交流电网模块化多电平变流器两端输电模型,实施对不平衡交流电网内有功功率仿真的控制。

结果显示,所提方法可保障交流电网不平衡条件下子模块电容电压均值稳定。

【总页数】7页(P74-80)
【作者】摆世彬;田志浩;王峰;孙丽香
【作者单位】国网宁夏电力调控中心;中国电力科学研究院有限公司国家电网仿真中心
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.模块化多电平变流器高压直流输电系统直流故障改进控制策略
2.基于模块化多电平变流器的统一电能质量r调节器工程实验装置研究
3.柔性高压直流输电中模块化多电平变流器交流侧充电控制策略分析
4.基于准PIR的模块化多电平变流器的环
流抑制策略5.不平衡电网电压下基于模块化多电平变流器的统一电能质量调节器的微分平坦控制
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基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器

基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，多电平变换器已成为现代电力系统中重要的研究方向之一。

模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）因其高电压、大容量的特性，在高压直流输电（HVDC）、风力发电和电机驱动等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究一种基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM（脉冲宽度调制）整流器，通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的分析，为现代电力电子系统的优化设计与稳定运行提供理论支持和技术指导。

本文首先介绍了模块化多电平变换器的基本原理和五电平PWM整流器的拓扑结构，阐述了其在现代电力电子系统中的重要性和优势。

接着，详细分析了五电平PWM整流器的工作原理，包括其调制策略、开关状态切换以及功率因数校正等方面。

在此基础上，本文提出了一种适用于五电平PWM整流器的控制策略，旨在实现高效、稳定的能量转换和电网接入。

本文还对五电平PWM整流器的性能进行了仿真和实验研究，验证了其在实际应用中的可行性和有效性。

通过对比传统整流器与五电平PWM整流器的性能，本文进一步证明了新型模块化多电平变换器在提升电力电子系统性能、降低谐波污染和提高能源利用效率等方面的优势。

本文的研究对于推动模块化多电平变换器和五电平PWM整流器在现代电力电子系统中的应用具有重要意义。

通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的研究，有望为电力电子技术的发展提供新的思路和方向，为现代电力系统的智能化、绿色化和高效化提供有力支持。

二、模块化多电平变换器原理及特性分析随着电力电子技术的不断发展，模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）已成为高压大功率应用中的关键设备。

MMC以其独特的结构设计和灵活的扩展性，在电力系统中得到了广泛应用。

本文所研究的五电平PWM整流器，正是基于MMC的一种实现方式。

基于Rt-Lab的模块化多电平换流器实时仿真

基于Rt-Lab的模块化多电平换流器实时仿真于飞;张群;刘喜梅【摘要】基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电方式,由于其开关器件的数量是传统两电平或三电平换流器的几百倍,故传统的仿真软件需要花费更长的时间才能得到结果.系统仿真时间的显著增加使得系统仿真的时效性和实用性大大降低.为此引入实时仿真平台RT-Lab,减少系统仿真在柔性直流输电系统开发周期中所占比例.并通过同一种控制算法在RT-Lab和Matlab下的仿真进行了验证,结果表明RT-Lab能够显著地减少系统仿真时间,并保证运行结果的有效性和精确性.%Flexible DC transmission system based on modular multi-level convertor due to its inherent advantages reciving more and more attention . But the number of switching devices is hundreds of times of the traditional two-level or three-level convertor , so the tradional simulation software will take more time to get result. Because of the time of system simulation significantly increased, so the timeliness and practicality of system simulation is greatly reduced. Using the real-time simulation platform RT-LAB to reduce the proportion of system simulation in flexible DC transmission system development cycle. And verified through the same control algorithm simulation in RT-LAB and Matlab, the results show that RT-LAB can significantly reduce the simulation time, and ensure effectiveness and accuracy of the result.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】5页(P541-545)【关键词】MMC;RT-Lab;直接控制;实时【作者】于飞;张群;刘喜梅【作者单位】青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;许继集团有限公司直流输电系统公司,河南许昌461000;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TP393;TP391.7与传统两三电平拓扑结构相比，多电平换流器技术能够有效的改善输出波形并能够降低开关损耗。

模块化多电平换流器直流输电稳态仿真分析

ｓｈｍｅｗｈｃｏｌｆｅｔｖｌｎｓｒａｈｓｄｅａｅｓｍｅｃｐｃｔｎｅｉｈｗｎｃｅｉｈｃｕｄｅｆｃｉｅｙｅｕｅｅｃｕｂｍｏｕｌｔｔａａａｉａｃｓｓｏ．Ａａｒｅｈｃｒｉｒ
ＳｅｄｔｔａｅｏｕａｕｔｅｅｌａｅＳｕｃｎｅｔｒｔａｙＳａｅｂｓｄＭｄｌｒＭｌｌｖｌｉＶｏｔｇｏｒｅＣｏｖｒｅ
ＪａｇＺｅｇｉＬｕｎｋｉＷｎｎｙｎＴｎｏｇＨｕｒｏｅｉｎｈｎｘｎｉａｇａａｇＨｏｇａｅｇＳｎｏａｆｉＧ
ｐｓｓｉｔｎｍｏｄａｉｎｓｒｔｇｉｕｓｄｏｔｅｓｔｍｏＭＭＣ— ｈａｅｈｆｉｇｕｌｔｏｔａｅｙｓｅｆｒｈｙｓｅｆＨＶＤＣ．ＦｉｌｙｎａｌｂａｅｏｓｄｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ，ｈｔａｅｅｂｖｅａｅｖｅｉｅｔｅｓｒｔｇｉｓａｏｒｒｆｄ．ｉＫｅｗｏｒ：ｍｏｕａｕｔｌｖｅｌａｓｕｃｃｎｅｅ；ＨＶＤＣ；ｃｒｉｒｐｈｓｓｆｉｇ；ｙｄｓｄｌｒｍｌｉｅｌｖｏｔｇｅｏｒｅｏｖｒｒｔａｒｅａｅｈｉｔｎｃｐｃｔｒｖｏｔｇｅｂｌｎｃａａｉｏｌａａａｅ
（ｙＬａｏａｏｙｏｏｒＳｓｅＰｏｅｔｎａｄＤｙａｃＳｃｒｙＭｏｉｒｇａｄＣｏｔｌｎｅＫｅｂｒｔｒｆｗｅｙｔｍｒｔｃｉｎｎｍｉｅｕｉｎｔｉｎｎｒｄｒＰｏｔｏｎｏｕＭｉｉｔｆｄｃｔｎＮｏｔｉａＥｅｔｉｏｒＵｎｖｒｉ，ｏｉｇＨｅｅ７０ｎｓｒｏｕａｉ，ｒｈＣｈｎｌｃｒｃＰｗｅｉｅｓｔＢａｄｎ，ｂｉ３）ｙＥｏｙ０１０

一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法[发明专利]

专利名称：一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法专利类型：发明专利
发明人：李官军,胡安平,桑丙玉,崔红芬,杨波,陶以彬,袁晓冬
申请号：CN201910164932.2
申请日：20190305
公开号：CN111669067A
公开日：
20200915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法，所述拓扑结构由三组支路组成，每组支路的一端分别通过电抗器与电网的a、b和c相连接，每组支路的另一端相互连接；其中，所述每组支路由数量相同的模块化多电平换流器子模块串联组成。

本发明提供的模块化多电平换流器的拓扑结构，可以获得更高的输出电平数和直流侧电压，提高电能质量，减少独立的直流电源数量，从而降低电池单元的电压要求，简化电池设计。

申请人：中国电力科学研究院有限公司,国网江苏省电力有限公司
地址：210003 江苏省南京市鼓楼区南瑞路8号
国籍：CN
代理机构：北京安博达知识产权代理有限公司
代理人：徐国文
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基于模块化多电平的统一潮流控制器拓扑设计

基于模块化多电平的统一潮流控制器拓扑设计连霄壤【摘要】In order to decreasing the switching frequency of modular multilevel converter (MMC) , a novel unified power-flow controller (UPFC) topology was presented based on MMC. A reduced switching-frequency phase-shifted pulse-width modulation(PWM) scheme including voltage balancing strategy was described for the operation of the proposed MMC-based UPFC, and the circulating current suppressing method was discussed through analysis of circulating current in MMC. The reported lime-domain simulation results show that the proposed circulating current suppressing control strategy can greatly decrease harmonic component in arm current and voltage rippers of capacitor without increasing arm inductance. This topological structure has characteristics of high modularization, good reliability, conrenient maintenance and so on.%为了降低模块化多电平换流器的开关频率,提出了基于模块化多电平(MMC)技术的新型统一潮流控制器(UPFC)的拓扑结构,将调制技术与子模块电容电压均压技术相结合,提出了一种可有效减低开关频率的脉宽调制方法.在对模块化多电平换流器环流问题分析基础上,提出了环流抑制控制器的设计思路.仿真结果表明,该控制器可在不增加桥臂电抗的前提下减少桥臂电流中的谐波成分,提高波形质量,同时降低各子模块电容电压波动,具有一定的工程意义；该拓扑结构具有模块化程度高、可靠性好、便于维护及容量拓展等特点,是一种极具发展潜力的拓扑结构.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)005【总页数】5页(P563-567)【关键词】统一潮流控制器;模块化多电平;环流抑制;脉宽调制【作者】连霄壤【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言近年来，模块化多电平换流器（MMC）因其在以轻型直流输电为代表的中高压领域的广泛应用得到了学界的关注。

模块化多电平功率变换器建模与控制

模块化多电平功率变换器建模与控制武卫强;王立宝;邵文权;程远【摘要】When the modular multilevel converter works,the capacitor voltage of each sub-module can not always be balanced,and the equal voltage control of the submodules is a pre-requisite for ensuring the normal operation of the system.In order to solve the problem of un-balanced capacitor voltage of MMC sub-module,the modulating strategy of carrier phase shift and the bubble sort algorithm are adopted to control the capacitor voltage of MMC sub-module effectively.Finally the simulation model of MMC is set up by MATLAB,and the simulation re-sults verify the validity of the theoretical analysis and the effectiveness of the control strategy.%子模块均压控制是保证系统正常运行的前提,而模块化多电平变换器(MMC,modular multilevel converter)工作时各子模块电容电压不能时刻保持均衡.为了解决此问题,文中采用载波移相的调制策略以及冒泡排序算法对MMC子模块电容电压进行有效控制,使其达到均衡.最后通过MATLAB搭建了MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.【期刊名称】《西安工程大学学报》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】6页(P210-215)【关键词】模块化多电平变换器;子模块;电压均衡【作者】武卫强;王立宝;邵文权;程远【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言由于器件耐压等级与功率等级的限制,传统方式是采用器件的串并联来满足电力电子设备对高压大功率的需求.但是,器件的串并联存在动静态的均压与均流问题,使控制方法变得相当复杂,因此出现了多电平技术.多电平技术通过改变自身拓扑来实现高压大功率输出,具有输出电平数多、电压等级高且可变以及输出波形质量高等优势.2001年,德国学者 Marquardt R与Lesnicar A共同提出MMC拓扑结构.MMC不仅具有多电平技术的优点,还具有其他优势[1],例如交流侧无需滤波装置、输出波形谐波含量小且可扩展性强等.因此,国内外将这一技术应用于工程实践[2],如高压直流输电、新能源并网、高压电机驱动等.但是,MMC自身也存在子模块电容电压不均衡、相间环流等问题.目前,国内外的研究主要集中于MMC子模块电容电压均衡控制与环流抑制等方面.文献 [3-6]针对MMC子模块电压不均衡问题采取了不同的均压控制措施;文献[7-12]对MMC桥臂环流产生的原因、谐波性质、环流对系统造成的危害及抑制手段等方面作了研究.本文依据MMC单相等值电路建立数学模型,并由此得出子模块电容电压中存在二倍频波动分量,相间环流呈负序性质.为了解决MMC子模块电容电压不均衡问题,设计基于冒泡排序算法的载波移相调制策略.在MATLAB中搭建MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.1 MMC基本拓扑与数学建模图1(a)为MMC主拓扑结构,三相共六个桥臂,每个桥臂都由n个结构相同的子模块级联而成,每个桥臂串联一个电抗器L0.iuj，idj(j=a,b,c)分别为上下桥臂电流,Ud，Id为直流侧电压与电流.图1(b)为子模块拓扑,VT1，VT2代表IGBT,VD1，VD2为反并联二极管,C为子模块储能电容,Uc子模块电容电压,U为子模块端口电压,A、B 端为子模块输出端,用于各子模块相互级联.通过控制VT1，VT2开通与关断使子模块工作于投入与切除状态.(a) 主拓扑 (b) 子模块拓扑图 1 MMC拓扑Fig.1 MMC topologies图 2 单相等值电路Fig.2 Single-phase equivalent circuit依据图1建立MMC单相等值电路模型,如图2所示．将上、下桥臂总电压等效为可控电压源u1和u2.通过该等值电路建立数学模型.首先定义电压调制比k与电流调制比m为[13-14](1)式中，u为交流侧相电压有效值，i为交流侧线电流有效值.以A相为例,对其上下桥臂建立KVL与KCL方程为(2)式中：ω0为基波角频率,φ为初相角.定义上下桥臂开关函数为(3)由式(2)和(3)可得A相上下桥臂子模块电容电压纹波方程为(4)式：u1,u2分别为上下桥臂子模块电容电压；C是子模块电容值．式(4)表明,MMC 运行中,子模块电容电压会出现二倍频波动分量,该二倍频分量会导致MMC相间电压不均衡引起相间二倍频环流,且呈负序性质[9].2 控制策略MMC相单元桥臂采用半桥模块串联结构,随着子模块数量的增加,控制难度也相应增大.目前,模块化多电平变换器在小功率场合应用的调制策略[15-18]有载波层叠、载波移相、空间矢量控制.大功率应用场合有特定谐波消去法、空间矢量控制、最近电平逼近控制[19].为了达到相单元总电压与直流侧电压相同以及子模块电容电压均衡的目的,本文在载波移相脉宽调制方法的基础上应用冒泡排序算法,控制原理如图3所示.对交流侧电压vabc与电流iabc采样,通过3/2“等功率”坐标变换[20]得到交流侧电压和电流有功分量vd，id和无功分量vq，iq,将id,iq分别与其参考值idref，iqref进行比较,所得差值经PI环节输出系统的调制波形,调制波与多个载波相比较得到桥臂所需投入子模块数NU,将NU与子模块电容电压排序编号进行比较,比较结果与输出电流方向共同决定了子模块的投切运行状态.图 3 控制原理Fig.3 Control schematic子模块电容电压均衡控制分为3步：首先,采集桥臂电流与各子模块电容电压值，按照电容电压大小进行2组排序,一组为升序排序,将其排序结果记为0状态，一组为降序排序,将其排序结果记为1状态;其次,根据桥臂电流流向选择排序状态.当电流方向与参考方向一致,选择0状态,使电容电压较低的子模块优先充电;当电流方向与参考方向相反,选择1状态,电容电压较大的子模块优先放电;最后,将每个子模块电压值在该序列的排序结果记为Index,其中第i个子模块电压值经排序后的编号记为Index(i),将当前桥臂所需投入子模块数NU与Index(i)经过比较环节得到第i个子模块的投切状态.3 仿真研究为了验证理论分析与数学建模的正确性,以及调制策略的有效性,本文在MATLAB 中搭建了MMC仿真模型.使MMC工作在整流状态,选取桥臂子模块数n=4,相单元子模块电容电压额定值为2.5 kV,子模块电容C0=0.01 F,桥臂电感L0=2 mH,交流侧输入电压为4 kV,所搭模型如图4所示.图4(a)图为MMC主电路,图4(b)为MMC子模块,S1～S6为6个桥臂,每个桥臂都由4个子模块构成.(a) 主电路 (b) 子模块图 4 MMC仿真模型Fig.4 MMC simulation model图5为MMC整流电路直流侧电压波形.在0～0.08 s内系统达到了稳定状态,直流侧输出电压值稳定在10 kV,稳定后的误差值小于±0.25%,电压实际值能快速、准确跟踪参考值,证明闭环控制策略设计合理.图 5 直流侧电压图图 6 A相上桥臂子模块电容电压 Fig.5 DC side voltage Fig.6 A-phase bridge arm sub-module capacitor voltage 图6为A相上桥臂4个子模块电容电压波形.由图6可知,在0～0.5 s内MMC相单元4个子模块电容电压均稳定维持在参考值2 500 V,每个子模块电容电压误差值均小于±4%.证明本文所采用的冒泡排序算法均压效果良好.MMC在正常工作状态下,由于子模块电容电压存在二倍频电压波动分量,会造成相间二倍频环流问题,图7为MMC相间二倍频环流幅值仿真波形,系统稳定运行状态下,相间二倍频环流幅值为25 A,该二倍频环流在三相桥臂间流动,对外部交流系统不产生影响,环流的存在会造成系统损耗增加.图 7 相间二倍频环流图 8 基波与二倍频谐波相位 Fig.7 Circulating current with double frequency Fig.8 Phase of fundamental wave and double harmonic wave图8为MMC相单元桥臂电流相位关系,图8(a)为三相基波电流相位,图8(b)为三相二倍频环流相位.由图8(a)可知系统稳定后,由上至下A,B,C三相桥臂基波电流互差120°.由图8(b)可知系统在稳定后,由上至下三相环流的相位关系由图8(a)的A,B,C 变为图8(b)的A,C,B,且三相之间互差120°.4 结束语利用MMC单相等值电路建立其数学模型,由数学模型分析出MMC相间含有二倍频环流且呈负序性质,通过仿真实验验证了理论分析的正确性．针对MMC工作过程中子模块电容电压不均衡现象,设计了基于冒泡排序算法的载波移相调制策略,仿真结果表明本文所设计的控制策略是有效可行的,具有一定的工程实用价值．参考文献(References)：[1] MARQUARDT R,LESNICAR A.New concept for high voltage-modular multilevel converter[C]//Proceedings of the 34th IEEE Annual Power 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柔性直流组网技术发展与展望

柔性直流组网技术发展与展望摘要：“双碳”驱动绿色经济转型，以及高清洁电力占比的新型电力系统推进，进一步推动技术革命和产业创新，新能源光伏、储能技术快速发展迭代，促使成本不断降低、适用化程度不断提高，同时也推动直流技术不断的向更多的行业和领域渗透。

2021年10月，“直流”和“光储直柔”被写入我国《2030年前碳达峰行动方案》，“光储直柔”成为民用建筑领域发展零碳能源和实现碳中和的重要路径，而机电设备直流化，特别是柔性直流租完高技术的规模化应用将成为“光储直柔”应用的重要支撑。

关键词：柔性直流、标准、直流化ABSRTACT: "Dual carbon" drives the transition to a green economy, as well as the promotion of new power systems with a high proportion of clean electricity, further driving the technological revolution and industrial innovation, and rapid development and iteration of new energy photovoltaic and Energy Storage Technologies, promote the continuous reduction of costs, increasing the degree of applicability, but also promote the continuous penetration of DC technology to more industries and fields. In October, "Direct current" and "Light storage direct soft" were 2021 into our National Carbon Peak Action Plan by 2030, "Light storage and direct flexibility" has become an important way to develop zero-carbon energy and achieve carbon neutrality in the field of civil buildings, especially, the large-scale application of the high technology of flexible DC rent-out will become an important support for the application of"Optical storage straight flexible".Keywords: Flexible DC, Standard, DC1.概述柔性直流组网是指通过直流技术实现组网，按照功能和电压等级可分为高压柔性直流电网和低压直流供用电系统。

模块化多电平变换器的平均值建模与控制

其中， u pk 2 和 unk 2 为环流控制产生的同一相上下桥臂的调制波， G CR( s)为 PI 或者 PR 调节器。如前所述， MMC 的环流中包含有直流分量和二倍频分量。直流分量与流经 MMC 的有功大小有直接关系，三相的直流分量之和为 Id ，该分量与 MMC 的工况有关，无法通过控制手段消除。而二倍频分量和子模块中直流电容充放电有关，用于实现不同相桥臂之间的有功能量转移和传递，达到相间能量平衡。因此 iZk 可以表示为：
* u * pk 2 GCR s iZk iZk * * unk 2 GCR s iZk iZk
加电容的充放电时间，结合桥臂电流的方向，就能对电容电压进行调节。据此，在 PSCPWM 的调制波中，结合各个子模块的电容电压，加入一个电容均压调制分量 uC ，实现桥臂的电容电压平衡， uC 的表达式为：
* uCi K uCref uCi sign iSMi
uSM S uC iC S iSM
(1)
di pk 1 2 Vdc u pk Lk dt uNO 1 di Vdc unk Lk nk uNO dt 2 di usk uNk Lsk k dt
(4)
其中，k =a ，b ，c 。为了保持直流正负极电压的平衡，交流中性点或直流中性点必有一侧接地，系统对称运行时，有 u NO =0 。相比较于两电平的电压源逆变器， MMC 的一个特点是在公共直流母线正极和负极之间或者不同相桥臂之间存在循环流动的电流，简称环流 [15] 。其主要作用是在同一相桥臂内或者不同相桥臂之间传递有功和无功能量。如前所述，稳态情况下交流侧输出电流在上下桥臂上平均分配，则稳态下环流的表达式为：