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用于HVDC系统互联的高频模块化直流变压器优化控制策略

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电力自动化设备 2019年第1期39卷 27-32页

作者：陈东梅念孙谦浩宋强孟经伟王裕国网经济技术研究院有限公司北京102209 清华大学电机系北京100084 广东工业大学自动化学院广东广州510006

针对应用于高压直流输电(HVDC)系统互联的高频模块化直流变压器(HFMDCT),以直流电流纹波及高频环节电流应力大小为优化目标,提出了HFMDCT的直流链匹配多电平控制策略。对HFMDCT在多电平控制方法下的直流电流纹波机理进行了分析;通过采... 详细信息

针对应用于高压直流输电(HVDC)系统互联的高频模块化直流变压器(HFMDCT),以直流电流纹波及高频环节电流应力大小为优化目标,提出了HFMDCT的直流链匹配多电平控制策略。对HFMDCT在多电平控制方法下的直流电流纹波机理进行了分析;通过采用拉格朗日因子法得到优化高频环节电流应力的直流链占空比条件,并以此为依据提出了高频变压器变比的设计原则;同时,为了在直流电压变化时仍可以保证HFMDCT的运行效率,进一步提出了基于直流链匹配多电平控制策略的直流电流纹波优化控制方法。

关键词：高压直流输电高频模块化直流变压器直流电流纹波匹配多电平控制电流应力

应用于直流配电网的双向全桥直流变换器比较分析

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电力自动化设备 2017年第10期37卷 49-56页

作者：孙谦浩王裕宋强赵彪李建国清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

对电容缓冲式直流变换器采用死区时间移相控制。通过比较分析电容缓冲式直流变换器与非缓冲式直流变换器的开关特征,得出了缓冲电容对高频环节波形特征、功率传输特性以及回流功率特性的影响,并推导了可以统一描述这2种不同拓扑结构的... 详细信息

对电容缓冲式直流变换器采用死区时间移相控制。通过比较分析电容缓冲式直流变换器与非缓冲式直流变换器的开关特征,得出了缓冲电容对高频环节波形特征、功率传输特性以及回流功率特性的影响,并推导了可以统一描述这2种不同拓扑结构的传输功率表达式与功率因数表达式,进而得出两者之间的联系与区别。对缓冲电容的取值进行了理论分析,提出缓冲电容的选取方法。仿真与实验结果表明了理论分析的正确性与控制策略的有效性。

关键词：直流配电网双向直流变换器 du/dt 软开关缓冲电容回流功率

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基于钳位开关电容的高频模块化直流变压器

中国电机工程学报 2020年第11期40卷 3633-3642页

作者：孙谦浩李亚楼王静孟经伟穆清清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 深圳供电局有限公司广东省深圳市518020

直流变压器是构建直流配电网的核心设备。鉴于此,为了促进直流配电网的工程化进程与运行可靠性,提出一种基于钳位开关电容的高频模块化直流变压器方案(clamping switched capacitors-based high-frequency modular DC transformer,CSC-D... 详细信息

直流变压器是构建直流配电网的核心设备。鉴于此,为了促进直流配电网的工程化进程与运行可靠性,提出一种基于钳位开关电容的高频模块化直流变压器方案(clamping switched capacitors-based high-frequency modular DC transformer,CSC-DCT)。相比于传统的直流变压器,该文所提的方案不仅集成了原有方案的功率密度高、体积小、运行噪音低、高低压侧隔离等优点,同时也克服了原有方案应用时的众多不足,是一个集冗余子模块设计功能、直流故障处理能力、灵活控制方法、升降压型高频链电压调节能力以及单步直接电压变换功能于一体的换流开关一体化直流变压器。同时,为了更好地利用CSC-DCT的优势,对CSC-DCT的子模块基本调制策略、直流故障处理策略、冗余子模块在线切换策略、控制系统架构及电流、电压以及传输功率特性等进行详细的分析与研究。实验结果验证了该文所提的CSC-DCT及其控制策略的可行性与有效性。

关键词：直流配电网高频模块化直流变压器直流故障隔离在线冗余子模块设计钳位开关电容换流开关一体化设备

多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型

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电力系统自动化 2020年第5期44卷 138-145页

作者：李亚楼孙谦浩孟经伟穆清张星中国电力科学研究院有限公司北京市100192 清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084

混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与... 详细信息

混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与电容器件的动态特性,对多样性子模块的串联结构进行了统一的动态平均化等值,并根据等值后的动态模型,提出了一种适用于直流电网高效电磁暂态仿真的混合型MMC统一外特性模型以兼顾直流电网对仿真精度及效率的双重要求。同时,所提统一模型具有良好的可移植性以满足其作为研究工具的修改便利性要求。最后,基于ADPSS仿真软件,通过与基于分立元件的详细模型进行对比,验证了所提统一外特性模型的仿真精度与效率。

关键词：混合型模块化多电平换流器统一模型多样性子模块电磁暂态仿真直流故障处理

基于环流解析分析的MMC电容电压优化控制策略

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高电压技术 2019年第3期45卷 882-889页

作者：孟经伟宋强孙谦浩李笑倩许树楷饶宏电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京100084 南方电网科学研究院有限责任公司直流输电技术国家重点实验室广州510663

为限制MMC子模块电容电压波动,一般所需电容较大。首先分析二倍频环流与电容电压波动间的解析关系,提出了全工况范围内的子模块电容电压波动峰值与二倍频环流之间关系的数学模型。然后利用该模型,提出以电容电压波动为目标值的二倍频环... 详细信息

为限制MMC子模块电容电压波动,一般所需电容较大。首先分析二倍频环流与电容电压波动间的解析关系,提出了全工况范围内的子模块电容电压波动峰值与二倍频环流之间关系的数学模型。然后利用该模型,提出以电容电压波动为目标值的二倍频环流注入方式,将电容电压波动峰值控制在设定参考值。该方法不仅能在在全工况下实现控制目标,而且通过减小峰值电流增加安全裕度。最后,通过仿真及试验结果验证了所提模型的正确性与优化控制策略的有效性。

关键词：模块化多电平换流器(MMC) 环流电容电压波动数学解析模型优化控制策略

基于桥臂基波平均开关函数的MMC模型在直流电网仿真中的应用

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电力自动化设备 2018年第8期38卷 24-30页

作者：孙谦浩李亚楼宋强左鹏王裕孟经伟穆清清华大学电机系北京100084 中国电力科学研究院北京100192 国网北京经济技术研究院北京102209

在直流电网的研究中,模块化多电平换流器(MMC)的建模起着至关重要的作用。鉴于此,提出了一种基于桥臂基波平均开关函数的MMC行为模型,相比于已有的以桥臂为基本建模单元的MMC模型,该模型将MMC的解锁运行状态与闭锁运行状态结合为一个整... 详细信息

在直流电网的研究中,模块化多电平换流器(MMC)的建模起着至关重要的作用。鉴于此,提出了一种基于桥臂基波平均开关函数的MMC行为模型,相比于已有的以桥臂为基本建模单元的MMC模型,该模型将MMC的解锁运行状态与闭锁运行状态结合为一个整体,且模型主电路中只采用了受控电压源、不变电阻以及二极管等静态元件,进而可以在现有的仿真软件上完成模型的图形化搭建而无需重新进行元件的编码与数值计算处理;同时,在所提出的模型中,由于桥臂基波平均开关函数可以直接从控制系统中得到,而无需通过调制系统,因此简化了整个模型的搭建与调试。通过与详细模型的对比实验,验证了所提行为模型的精确性与快速性。采用上述建模方法,对一个四端金属回线接地真双极直流环网的直流故障特性进行了仿真分析与研究。仿真结果表明金属回线的阻抗及接地电极的位置与阻抗都会影响接地性直流故障的故障电流,但对于双极故障则不会产生任何影响;而直流电抗器的使用,则会对双极故障具有"改善"作用,但随着直流电抗器值的增加,"改善"作用的提高度越来越不明显。

关键词：桥臂基波平均开关函数直流电网 MMC行为模型电磁暂态建模直流故障金属回线

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

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电测与仪表 2024年第5期61卷 212-217页

作者：孟祥有梁帅孙谦浩孟经伟国网通辽供电公司内蒙古通辽028000 清华大学电机系北京100084

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节... 详细信息

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

关键词：钳位开关电容型DC/DC 解耦控制电流应力软开关

基于RT-LAB的高频链直流变压器实时仿真研究

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电力系统保护与控制 2017年第5期45卷 80-87页

作者：孙谦浩宋强王裕赵彪赵宇明清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 深圳供电局有限公司广东深圳518048

针对高频链直流变压器多模块特性与高频特性带来的仿真实现困难问题,提出了在RT-LAB仿真平台上实现其实时仿真的具体方法及理论分析。所提出的方法中,控制系统与主电路系统采用不同的仿真步长分别在CPU仿真器与FPGA仿真器中完成,能够在... 详细信息

针对高频链直流变压器多模块特性与高频特性带来的仿真实现困难问题,提出了在RT-LAB仿真平台上实现其实时仿真的具体方法及理论分析。所提出的方法中,控制系统与主电路系统采用不同的仿真步长分别在CPU仿真器与FPGA仿真器中完成,能够在满足两者对仿真步长不同要求的基础上,实现实时仿真资源的充分利用。同时,对高频串联电感的分割原理进行了理论分析,以完成多个FPGA仿真模块的联合实时仿真运行,从而在根本上解决了高频链直流变压器由于多模块化与高频特性所带来的实时仿真矛盾。最后,利用上述理论与方法,完成了一个高频链直流变压器的实时仿真模型,并将其与Matlab离线仿真进行了对比实验。实时仿真实验结果证明了所提出的仿真方法和理论分析的正确性以及高频链直流变压器实时仿真的快速性与实用性。

关键词：高频链直流变压器 RT-LAB FPGA 多内核CPU 多步长实时仿真

基于移相控制的高频链模块化多电平直流变压器分布式控制管理策略及轮换电容电压平衡方法

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中国电机工程学报 2018年第5期38卷 1310-1318页

作者：孙谦浩李亚楼孟经伟王裕穆清清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

该文针对应用于高压直流互联系统的高频链模块多电平直流变压器（high-frequency-link modular multilevel DC/DC transformer,H-M2DCT）移相控制策略进行研究。首先,提出移相控制在该结构直流变压器中的应用原则,并对该方法下的H-M2DC... 详细信息

该文针对应用于高压直流互联系统的高频链模块多电平直流变压器（high-frequency-link modular multilevel DC/DC transformer,H-M2DCT）移相控制策略进行研究。首先,提出移相控制在该结构直流变压器中的应用原则,并对该方法下的H-M2DCT运行特性进行详细分析,同时提出其适用于不同调制方法的通用数学模型;在此基础上提出H-M2DCT基于移相控制原理的分布式控制系统架构。在该架构下,H-M2DCT分别以两个全桥组别的独立相桥臂为基本控制单元进行分布式控制,每个桥臂之间的控制系统相互独立,且具有模块化与即插即用等特点,并利用该架构设计H-M2DCT的3种工作模式,从而拓宽其应用场景;同时,根据H-M2DCT的高频特性,提出适用于H-M2DCT的轮换电容电压平衡策略,减小了调制系统的计算负担与换流器的开关附加损耗,从而提高了每个桥臂调制系统的运行速率与换流器的运行。最后,基于新一代Si C功率器件,通过样机实验,对所提出的基于通用数学模型的控制管理策略及轮换电容电压平衡策略进行验证,实验结果证明了所建通用数学模型的正确性及所提策略和方法的有效性。

关键词： HVDC系统互联直流变压器高频链控制管理策略轮换电容电压平衡策略移相控制

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