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Stability Analysis of PLL Influenced by Control Loops in Grid-connected Converters Under Fault Disturbance

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2020年第2期6卷 239-248页

作者： Yushuang Liu Meng Huang Xiaoming Zha Herbert Ho-Ching Iu School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhan 430000China School of Electrical Electronic and Computer EngineeringThe University of Western AustraliaCrawley WA 6009Australia

When the power grid suffers from grid faults that cause phase disturbances,the grid-connected converter becomes destabilized by the interaction between the phase-locked loop(PLL)and the control *** this paper,the stability of the PLL affected by the control loop under transient grid faults is ***,the equivalent model of the PLL under the influence of the control loop is ***,different response processes of PLLs under the ground fault with various control parameters are qualitatively ***,a small-signal model is proposed to assess the stability of the PLL under different control loop *** system poles can be calculated to show the physical origin of the ***,simulations of a three-phase 21-level modular multilevel converter(MMC)built in PSCAD and a down-scale experiment is performed to verify the parameter influence of the control loop on the PLL.

关键词： Control loop grid-connected MMC ground fault phase-locked loop transient stability

Transient Current Estimation of MMC-HVDC Systems Under a Grid-converter Phase Difference

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2021年第4期7卷 730-743页

作者： Yushuang Liu Meng Huang Xiaoming Zha Herbert Ho-Ching Iu School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhanChina School of Electrical Electronic and Computer EngineeringThe University of Western AustraliaWestern AustraliaAustralia

When a modular multilevel converter based high voltage direct current(MMC-HVDC)system operates under grid faults,there will be a phase difference between the grid voltage and the converter *** can be caused by grid voltage phase shifting and the integration effect of the phase-locked loop(PLL)in the *** system may exhibit an undesirable transient process with expanded current which is harmful for the converter *** this paper,a transient current estimation method is proposed for the scenario of converter-grid phase difference caused by the frequency shifting of the grid side.A piecewise phase calculation model is established to determine the transient phase difference of the ***,according to the maximum phase difference calculated by the model,the system stability is assessed and the maximum value of system transient current can be estimated after comparing the maximum phase difference with the critical phase difference and π,Finally,the current estimation results are verified by detailed circuit simulations of a 21-level MMC-HVDC system built in PSCAD.

关键词： Index Terms-Frequency disturbance phase difference MMC-HVDC stability analysis transient current

Overview of recent progress in condition monitoring for insulated gate bipolar transistor modules:Detection,estimation,and prediction

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High Voltage 2021年第6期6卷 967-977页

作者： Meng Huang Haoran Wang Liangjun Bai Kang Li Ju Bai Xiaoming Zha School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhanChina Energy Department Aalborg UniversityAalborgDenmark

The insulated gate bipolar transistor(IGBT)is one of the most fragile components in power electronics *** order to improve the reliability of IGBTs,various measurements are taken according to the condition monitoring(CM)*** CM techniques include the measurement and estimation of the device operation ***,emerging techniques have been developed,not only for the detection and estimation but also for the prognostics of IGBTs with the condition *** this paper,a review is performed on the recent progress in the CM techniques for ***,some emerging electrical and thermal measurements are *** on the sensed data,the health indicator estimation techniques are ***,for the emerging prognostics and health management applications,some remaining using lifetime(RUL)prediction methods are ***,the research gaps and directions are discussed for the CM in IGBT applications.

关键词： bipolar transistor estimation

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基于GARCH模型的IGBT寿命预测

中国电机工程学报 2020年第18期40卷 5787-5795页

作者：白梁军黄萌饶臻潘尚智查晓明刘国友武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 新型功率半导体器件国家重点实验室(株洲中车时代电气股份有限公司) 湖南省株洲市412001

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化... 详细信息

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化模型建立方法,并利用建立的老化模型对IGBT模块的剩余使用寿命进行预测。首先介绍IGBT的失效机理,结合现有的加速老化数据,确定的以集电极-发射极通态压降作为剩余使用寿命预测依据。建立基于GARCH模型的IGBT老化寿命模型,通过3组IGBT模块加速老化数据对剩余寿命预测,验证所提方法的有效性。

关键词： IGBT模块 RUL预测失效机理 GARCH模型

双电机异步驱动的三端口级联多电平变换器及再生能量分配系统

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中国电机工程学报 2018年第6期38卷 1799-1809页

作者：王盼刘飞查晓明宫金武冯锟熊晓琪武汉大学电气工程学院

为解决工业现场多电机运行及再生能量利用问题,提出一种可同时驱动双电机异步运行的三端口级联多电平变换器拓扑及控制系统。将传统H桥级联多电平变换器与六边形变换器拓扑结合构成一个三端口AC/AC/AC结构。其中,H桥级联变换器每单元前... 详细信息

为解决工业现场多电机运行及再生能量利用问题,提出一种可同时驱动双电机异步运行的三端口级联多电平变换器拓扑及控制系统。将传统H桥级联多电平变换器与六边形变换器拓扑结合构成一个三端口AC/AC/AC结构。其中,H桥级联变换器每单元前端通过移相变压器接入电网,作为输入端口;六边形拓扑相邻顶点则构成两交流输出端口。采用恒压频比控制,结合功率分配分析,分别给定两输出端口控制信号,驱动双电机异步运行。六桥臂可等效为两组耦合三相对称电源,将一台电机再生能量转移供给另一台电机的电动运行,以此提出新的能量流动路径,降低单元直流侧电容电压泵升。以12单元6桥臂的三端口级联多电平变换器为例,通过Matlab仿真及实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性和有效性。

关键词：三端口级联多电平六边形双电机异步运行功率分配再生能量利用

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级联H桥混合型有源电力滤波器直流电压控制

中国电机工程学报 2019年第16期39卷 4866-4875页

作者：余攀瞿李锋杨泽洲李尚盛孙建军查晓明常潇雷达武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 武汉科力源电气有限公司湖北省武汉市430072 国网山西省电力公司电力科学研究院山西省太原市030001

由级联H桥变流器与LC单调谐无源滤波器串联所构成的混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF),为高压大容量场合下的谐波治理提供了一种低成本解决方案。传统的直流电压控制方法调节的是变流器输出电流中的有功分量,但HAP... 详细信息

由级联H桥变流器与LC单调谐无源滤波器串联所构成的混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF),为高压大容量场合下的谐波治理提供了一种低成本解决方案。传统的直流电压控制方法调节的是变流器输出电流中的有功分量,但HAPF中LC滤波器较大的基波阻抗极大地限制了该方法动态响应速度。该文提出一种改进的直流电压控制方案,该方法通过改变变流器基波调制电压来实现直流电压的调控,对比分析表明,该方法具有更好的动态性能。同时,针对级联H桥三相直流电压不平衡的问题,文中结合HAPF的输出特性,对现有的相间均压控制方法进行优化,提出一种简单的零序和负序电压合成算法。仿真实验和样机现场运行结果验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。

关键词：混合型有源电力滤波器总直流电压控制相间均压控制负序电压零序电压

MMC-MTDC Transmission System with Partially Hybrid Branches

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CES Transactions on Electrical Machines and Systems 2021年第2期5卷 124-132页

作者： Yongyang Chen Shangzhi Pan Meng Huang Zili Zhu Yushuang Liu Xiaoming Zha School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhanChina College of Electrical Engineering Zhejiang UniversityHangzhouChina

This paper proposes a hybrid submodule modular multilevel converter(MMC)topology which is suitable for multi terminal direct current(MTDC)transmission *** arm of the proposed MMC topology consists of a half-bridge submodule(HBSM)branch and two parallel full-bridge submodule(FBSM)*** with the conventional MTDC transmission system,the proposed topology can selectively block the DC fault current and isolate the corresponding fault line without expensive DC circuit breakers(DCCBs).Thus,the influence range of the DC fault can be reduced and the reliability of the power supply can be improved as *** corresponding modulation and voltage balancing strategies are developed for the proposed hybrid MMC *** feasibility of the proposed topology and control strategy is verified in the MATLAB/Simulink simulation.

关键词： Hybrid modular multilevel converter multi terminal networks high voltage dc(HVDC)transmission

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适用于电力电子化电力系统的同调等值判据

中国电机工程学报 2018年第9期38卷 2589-2598页

作者：廖书寒查晓明黄萌孙建军胡伟武汉大学电气工程学院

随着大规模新能源发电系统的发展,电力电子装备在电力系统中的渗透率越来越高。为了准确高效地研究扰动下电力系统装备的暂态运行特性及电力系统的稳定性,多电力电子装备的简化模型亟待建立。同调等值法是一种保留系统元件结构的等值建... 详细信息

随着大规模新能源发电系统的发展,电力电子装备在电力系统中的渗透率越来越高。为了准确高效地研究扰动下电力系统装备的暂态运行特性及电力系统的稳定性,多电力电子装备的简化模型亟待建立。同调等值法是一种保留系统元件结构的等值建模方法,等值后的模型仍具有明确的物理意义,因此用同调等值法进行简化建模。同调等值的关键在于同调判据的建立。对于含多状态变量的并网逆变器,提出了基于广义哈密顿作用量的同调判别标准,依据能量守恒得到了实用化同调判据,且针对同步发电机,验证了基于广义哈密顿作用量的同调判据与传统基于功角的同调判据的相容性,并总结提出了通用同调判别方法。以7台并联逆变器作为算例,基于实用化同调判据建立了其同调等值模型,通过比较详细模型和等值模型的动态特性验证了同调判据的有效性。

关键词：电力电子化电力系统变流器同调判据哈密顿作用量等值建模

基于虚拟同步发电机技术的改进型背靠背起动方法

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电工技术学报 2020年第S2期35卷 413-420页

作者：陶亮孙建军查晓明宫金武武汉大学电气与自动化学院武汉430072

背靠背起动作为一种传统的大容量同步电机起动方式,需要两台额外的物理电机提供支持,而且操作和调节过程也相当复杂。针对这一问题,该文通过采用虚拟同步发电机(VSG)技术,提出一种改进型大容量同步电机背靠背起动方法,用控制成VSG的级联... 详细信息

背靠背起动作为一种传统的大容量同步电机起动方式,需要两台额外的物理电机提供支持,而且操作和调节过程也相当复杂。针对这一问题,该文通过采用虚拟同步发电机(VSG)技术,提出一种改进型大容量同步电机背靠背起动方法,用控制成VSG的级联H桥变换器(CHB)替换原动机和同步发电机。新的起动系统不仅解决了原系统存在的问题,而且转子初始相对位置角、VSG的阻尼转矩都变为可调项,新增的无速度传感器转速闭环控制也使得对同步电机速度的控制更加精准。此外,该文研究了在计及系统稳定性时提高机械转矩增长速率和减缓阻尼转矩增长速率来加快起动过程的可行性,并通过硬件在环实验验证了所提改进型背靠背起动方法的有效性。

关键词：背靠背起动虚拟同步发电机大容量同步电机硬件在环