模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
MMC-HVDC基本控制策略研究及改进
MMC-HVDC基本控制策略研究及改进模块化多电平换流器(MMC)作为全控型电压源换流器(VSC)的一种新型拓扑结构,具有开关频率低、波形质量高、可拓展等优点,具有良好的发展前景。
十几年来,MMC-HVDC技术发展飞快,在工程应用领域以及理论研究领域取得了众多的成果,但依然尚有许多研究问题需要解决,如电容电压平衡优化控制问题、控制系统优化设计问题,等等。
本文在总结前人研究成果的基础上,对MMC-HVDC系统基本控制策略展开了深入研究。
本文首先针对MMC-HVDC系统的拓扑结构及其基本工作原理进行了详细分析,建立了MMC换流器的数学模型,阐述了MMC换流器子模块电容器以及桥臂电抗器的选取方法,并就MMC-HVDC系统基本控制策略进行了简单的介绍,为MMC-HVDC系统模型的搭建提供了一定的理论依据。
其次,针对MMC-HVDC系统阀组级控制策略进行了研究,介绍了MMC调制技术,并对CPS-SPWM调制策略进行了重点叙述,对子模块电容电压波动机理与环流产生原理进行了分析,阐述了传统的电容电压均衡控制与环流抑制控制策略,并利用传统电容电压平衡控制的思想设计了改进的均压拓扑,搭建了仿真模型对改进的均压拓扑的有效性进行了仿真验证。
再者,针对MMC-HVDC系统换流站级控制策略进行了研究,根据MMC交流侧数学模型,推导出了基于d-q轴解耦控制的电流内环控制以及功率外环控制,并结合系统级控制和阀组级控制设计了两端有源MMC-HVDC控制系统,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了MMC-HVDC系统仿真模型,分别对有功、无功功率的阶跃和反转进行了仿真分析,结果验证了所设基本控制策略的正确性。
最后,为提高MMC-HVDC系统受干扰能力,本文对换流站级控制策略进行了改进,将功率外环控制由开环改进成闭环,同时在功率外环控制的基础上添加交流侧故障控制,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了两端有源MMC-HVDC系统仿真分析模型,对采用改进控制策略前后的小扰动工况以及暂态工况运行特性进行了对比分析,结果验证了改进控制策略的有效性。
《2024年模块组合多电平变换器(MMC)研究》范文
《模块组合多电平变换器（MMC）研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力变换装置，在高压直流输电、柔性交流输电系统以及新能源并网等领域得到了广泛的应用。
MMC 以其高可靠性、高效率、高灵活性的特点，成为了现代电力电子技术研究的热点。
本文旨在探讨MMC的原理、控制策略、运行特性及其在电力系统中的应用。
二、MMC的基本原理与结构MMC是一种基于模块化结构的电压源型多电平变换器，其基本原理是将多个子模块（SM）串联起来组成一个完整的变换器，每个子模块包括一个电力电子开关（如IGBT）和一个与其反向并联的二极管，以及相应的储能电容和电阻。
这种结构使得MMC具有较高的耐压能力，并可以输出多个电平的电压。
MMC的结构包括上下桥臂，通过控制上下桥臂中子模块的导通与关断，实现AC/DC和DC/AC的转换。
其特点是子模块数目多，控制复杂度高，但灵活性好，适用于高压大功率场合。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括子模块的投入与切除控制、环流抑制控制以及谐波消除控制等。
子模块的投入与切除控制决定了MMC的输出电压，而环流抑制控制和谐波消除控制则保证了MMC的稳定运行和输出波形的质量。
近年来，随着数字信号处理技术的发展，MMC的控制策略也在不断优化。
例如，基于模型预测控制的MMC控制策略能够更好地实现多目标优化控制，提高系统的动态性能和稳态性能。
此外，基于人工智能算法的控制策略也在MMC中得到了应用，如模糊控制、神经网络控制等，这些算法能够根据系统运行状态实时调整控制参数，提高系统的自适应性。
四、MMC的运行特性与优势MMC的运行特性主要包括高可靠性、高效率、高灵活性等。
由于其模块化结构，当某个子模块出现故障时，可以通过切换冗余子模块来保证系统的正常运行，因此具有较高的可靠性。
此外，MMC的输出电压可以调节为多个电平，使得谐波分量减少，提高了系统的效率。
同时，通过灵活调整子模块的投入与切除，可以实现快速响应和精确控制。
模块组合多电平变换器的研究综述
模块组合多电平变换器的研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，多电平变换器作为一种高效、可靠的电力转换方式，在能源转换、电机驱动、电网接入等多个领域得到了广泛应用。
其中，模块组合多电平变换器因其模块化设计、易于扩展和维护等优点，受到了广泛关注。
本文旨在对模块组合多电平变换器的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。
本文将介绍模块组合多电平变换器的基本原理和分类，包括其基本结构、工作原理以及常见的拓扑结构。
在此基础上，将重点分析模块组合多电平变换器的性能特点，如输出电压波形质量、效率、动态响应等，以及其在不同应用场合中的优势和局限性。
本文将综述模块组合多电平变换器的关键控制技术，包括调制策略、均压策略、故障诊断与容错控制等。
这些控制技术对于提高变换器的性能、稳定性和可靠性具有重要意义。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在为相关研究人员提供有关模块组合多电平变换器控制技术的全面认识。
本文将展望模块组合多电平变换器的研究趋势和前景。
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，模块组合多电平变换器将面临更多的应用需求和挑战。
本文将对未来的研究方向和潜在的应用领域进行探讨，以期为相关领域的研究和发展提供有益的启示。
二、多电平变换器的基本原理与分类多电平变换器是一种电力电子装置，其核心思想是通过产生多个不同的直流或交流电平，以实现对输出电压或电流的精细控制。
这种变换器在高压大功率应用场合中特别受欢迎，因为它能有效减少开关过程中的电压和电流应力，从而降低开关损耗，提高整体系统效率。
多电平变换器的基本原理在于利用多个独立或相互关联的电压源或电流源，生成多个不同的电平。
通过合适的控制策略，这些电平可以被有效地组合和切换，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在电压和电流波形上更为平滑，产生的谐波分量更少，对电网的污染也更小。
中性点钳位型（NPC）：NPC多电平变换器通过在直流侧引入多个电容器，并将它们与开关管相连，形成多个电平。
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究朱经纬;付文轩【摘要】模块化多电平变换器(MMC)因其具有公共直流母线的模块化拓扑结构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域.分析MMC拓扑结构,建立MMC数学模型,研究MMC运行控制规律;对MMC内部环流产生机理进行分析,推导了桥臂电流与内部环流的关系;分析了MMC模型预测控制策略.最后通过实验验证了模型预测控制策略能更有效地控制子模块电容电压平衡,减小环流幅值.%Modular multilevel converter (MMC)has been widely applied into HVDC,power quality control,electric drive and other fields due to its characteristic of modular topology of common DC bus.Topology structures of MMC were introduced,and then mathematical models of MMC were established as well as its regulation of operation control.The mechanism,quality and functions of circulation formation were analyzed.The relationship between current of bridge arm and circulating current was deduced.The model predictive control strategy of MMC was analyzed and the experimental results show that sub-module capacitor voltage is balanced and the circulating current amplitude is decreased effectively under the adopted control strategy.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)005【总页数】4页(P18-21)【关键词】模块化多电平;子模块电容电压;模型预测控制【作者】朱经纬;付文轩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM464多电平的拓扑结构在高压大功率场合得到了广泛应用。
模块化多电平变换器最近电平调制研究
模块化多电平变换器最近电平调制研究张国荣;韩慧颖;王啸飞;陈祥【摘要】模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的调制方法直接影响其运行时的整体性能.最近电平调制(nearest level modulation,NLM)由于其多电平输出时开关频率低、易于工程实现等优点在中高压大功率场合得到广泛应用.文章针对传统NLM采用电容电压排序,根据电流方向选择相应子模块触发导通的电压均衡方法,在阶梯波形成过程中引入自变量的偏差值,调整近似函数,对发波过程的算法进行修正,使得输出电平数增加一倍,显著提高交流输出电压谐波特性;同时分析比较不同调制偏差量组合情况下的输出电压谐波水平,最后仿真验证了该方法的效果.%The overall performance of modular multilevel converter (MMC) is directly affected by the modulation method.And the nearest level modulation (NLM) has been widely used in high voltage and high power applications today,due to its lower switching losses and more convenience when implemented in MMC.In this paper,the voltage balancing method based on capacitor voltage sequencing is applied,and then,a small offset is added to the approximate function during the trigger pulse forming process.The function-rounding process is adjusted so that the time of step changing staggered and the harmonic distortions of output wave can be improved dramatically.Furthermore,the output voltage harmonic level of the combination of different modulation deviation is analyzed.The inventor model of MMC with 10 sub-modules is realized byMATLAB/Simulink.Simulation results show the effectiveness of the proposed method.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)023【总页数】9页(P1-9)【关键词】模块化多电平;最近电平调制;电容电压排序;近似函数;输出电压谐波【作者】张国荣;韩慧颖;王啸飞;陈祥【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;芜湖县广播电视台,安徽芜湖241199【正文语种】中文【中图分类】TM930 引言模块化多电平变换器（MMC）因其在功率控制、开关频率、输出波形、模块化设计等方面的诸多优点在高压大功率场合得到了广泛应用。
模块化多电平矩阵变换器的控制研究
模块化多电平矩阵变换器的控制研究摘要：本文研究了一种新型的模块化多电平矩阵变换器（MMC）控制方法，该方法将传统MMC的控制方式进行改进，使其具有更高的可靠性和更好的控制性能。
在该方法中，将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块都由一个独立的控制器控制，同时，使用一种新型的状态估计算法，提高了MMC的控制精度和稳定性。
通过仿真实验和实际硬件实验验证了该方法的可行性和有效性。
关键词：模块化多电平矩阵变换器；控制；单元模块；状态估计算法1. 引言随着电力系统的快速发展和对电力品质的日益重视，多电平矩阵变换器（MMC）作为一种新型的柔性交直流转换装置被广泛应用。
传统MMC的控制方法主要是基于模型预测控制和PI控制，虽然这种控制方法具有一定的控制精度和稳定性，但是在实际应用中，MMC存在着许多难以克服的问题，如控制精度低、容易产生谐波、并网容易出现故障等问题。
因此，如何提高MMC的控制性能、降低控制成本是一个非常重要的问题。
2. MMC的模块化控制针对MMC存在的问题，本文提出一种新的模块化控制方法。
该方法将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块由一个独立的控制器控制。
这种模块化的控制结构不仅可以降低整个控制系统的复杂度，而且可以降低成本，提高可靠性。
同时，由于单元模块能够独立地进行相应的控制策略，因此可以更加精细地控制MMC，从而提高控制性能。
3. MMC的状态估计算法为了更加精确地估计MMC的状态，本文提出了一种新型的状态估计算法。
该算法基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和输出反馈控制器（OFC），通过对MMC的状态进行动态估计，可以准确、全面地反映MMC的工作状态，从而实现对MMC的高效控制。
4. 仿真与实验验证为了验证模块化MMC控制和状态估计算法的有效性，本文进行了一系列的仿真和实验研究。
仿真结果表明，模块化控制结构可以有效地降低MMC的谐波含量，提高MMC的并网能力和控制精度。
同时，状态估计算法可以准确地反映MMC的状态，从而实现更好的控制效果。
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。
模块化多电平变换器关键问题研究综述
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｈ ｏ ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ － ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ， ＭＭＣ ｍａ ｋ ｅ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｃ ｋ ｆ ｏ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ Ｌ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ，ＭＭＣ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ
ｌ ｅ ｓ ｓ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ，ｌ ｏ ｗ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ，ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｒ ｄ ｅ － ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｔｉ ｒ ｃ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ＭＭＣ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＭＭＣ． Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｌ ｙ ，ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
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模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
1. 引言
模块化多电平变换器是一种多级电力电子变换器，能够将直流电压转换为多个不同电平的交流电压。
它在工业和电力系统中广泛应用，具有高效、高可靠性和灵活性等优点。
本文将详细探讨模块化多电平变换器的调制与控制策略研究。
2. 模块化多电平变换器调制策略
2.1 基础调制策略
基础调制策略是指将模块化多电平变换器中的各个电平通过一定逻辑关系进行调制，以获取期望的输出电压波形。
常见的基础调制策略有： - 脉宽调制（PWM）：通过调整脉宽比来控制输出电压的幅值。
- 脉振调制（PWM）：通过调整脉冲数量来控制输出电压的幅值。
2.2 多电平合成调制策略
多电平合成调制策略通过将多个电平的脉宽信号叠加起来形成最终的输出电压波形，以实现较高分辨率的电压调控。
常见的多电平合成调制策略有： - 多载波脉宽调
制（MCPWM）：将多个载波信号与基础调制策略相结合，实现多电平的合成。
- 多电平脉振调制（MSPWM）：通过多个脉冲数量来实现多电平的合成。
3. 模块化多电平变换器控制策略
3.1 传统控制策略
传统的控制策略主要包括： - 比例积分控制（PI控制）：通过调整比例项和积分
项的权重，实现输出电压的稳定控制。
- 直接功率控制（DPC）：通过测量输出功率并与期望功率进行比较，控制模块化多电平变换器的操作状态。
- 直接转换功
率控制（DTPC）：将输出功率与期望功率的差值直接转换为控制信号，实现精确的功率控制。
3.2 先进控制策略
先进的控制策略主要包括： - 预测控制（Model Predictive Control，MPC）：利用数学模型预测系统未来的行为，并根据预测结果进行控制决策。
- 模糊控制：基于模糊逻辑的控制方法，根据输入和输出的模糊集合关系进行控制决策。
- 神经网络控制：利用人工神经网络模拟人脑的学习和决策过程，实现模块化多电平变换器的自适应控制。
4. 实验研究与应用
本文基于模块化多电平变换器进行了一系列实验研究，并将其应用于电力系统中。
实验结果表明，采用多电平合成调制策略和先进的控制策略可以提高变换器的效率和稳定性，同时实现精确的电压和功率调控。
5. 结论
本文全面、详细地探讨了模块化多电平变换器的调制与控制策略研究。
通过对基础调制策略、多电平合成调制策略以及传统和先进的控制策略进行分析和比较，得出了提高变换器效率和稳定性的结论。
进一步的研究和应用将使模块化多电平变换器在电力系统中发挥更大的作用。
参考文献
[1] Zhang, Y., Chen, W., Yan, W., & Cheng, S. (2016). Control strategies for modular multilevel converters with intercell transformer based on space vector modulation. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(4), 2900-2912.
[2] Luo, F., Huang, G., Wu, B., & Lee, F. C. (2017). A Review of Three-Phase Transformerless Multiple-Output dc–dc Converters: Topologies, Circuits, Control Schemes, and Applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 32(1), 642-660.。