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高压直流输电系统中VSC变换器平均模型与基于开关函数模型的谐波比较

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高压直流输电系统中VSC变换器平均模型与基于开关函数模型的谐波...

作者： Salehe Salum Malamla 山东大学

学位级别：硕士

在高压直流输电系统中,与传统的电流源转换器（CSC）相比,使用电压源转换器（VSC）具有许多优点。然而,这两种技术都由非线性元件组成,这些元件会产生电流和电压谐波,从而影响电力系统中的电能质量。多电平转换器VSC的使用不仅提高了转... 详细信息

在高压直流输电系统中,与传统的电流源转换器（CSC）相比,使用电压源转换器（VSC）具有许多优点。然而,这两种技术都由非线性元件组成,这些元件会产生电流和电压谐波,从而影响电力系统中的电能质量。多电平转换器VSC的使用不仅提高了转换器的效率,而且还降低了输出电压和电流的谐波含量,这减少了热,也降低了转换器的损耗。在电磁瞬态（EMT）程序中开发时,VSC转换器的详细形式会导致计算问题。这些计算问题在研究瞬态事件和VSC-HVDC系统的稳态行为方面造成了困难。为了克服详细模型VSCs所面临的计算负担,使用简化模型开发了基于VSC的HVDC系统。开发的简化模型称为开关函数模型和平均模型VSCs,它们使用开关函数的受控电压源或其平均值来提供与详细模型相似的动态响应。为了更好地研究IGBT开关器件平均化对VSC-HVDC系统运行和性能的影响,利用输出信号的谐波失真和不应用谐波滤波器的情况下,比较了平均模型（AVM）和基于然后,观察两个系统（AVM和SFM）的谐波行为,以确定可用于谐波分析研究的最佳模型,其中涉及基于VSC的HVDC系统。还执行计算验证以观察计算准确性。提出的控制方法是矢量控制技术,控制整流器侧的有功功率流和无功功率流,控制逆变器侧的直流电压和无功功率流。根据性能和功率质量,从现有的调制技术中选择合适的调制技术。利用MATLAB SIMULINK对各模型参数相似的点到点VSC-HVDC系统进行了开发、仿真,并对结果进行了深入讨论。结果表明,通过平均开关函数忽略IGBT开关器件导致平均模型VSC,即使不应用滤波器,也不会显示开关脉冲产生的高频谐波分量。这限制了谐波分析的研究和高频相互作用引起的谐振过电压的研究。这意味着对于更多涉及简化的VSC-base HVDC系统的电力系统研究,开关函数模型是更好的选择。然而,计算性能验证表明,平均模式VSC比切换函数模型准确五（5）倍。由于其高计算性能效率,这意味着,在电磁瞬变仿真程序中,与开关函数模型相比,平均模型可用于研究由许多节点和其他电力电子设备（如风电场发电机）研究VSC-HVDC控制系统的动态性能以及不同系统组件控制系统之间的相互作用也是非常有用的。

关键词：电压源变流器平均模型开关函数模型谐波比较计算性能 VSC-HVDC系统

考虑交流非对称的HVDC换流器开关函数模型及其应用

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考虑交流非对称的HVDC换流器开关函数模型及其应用

作者：贠飞龙华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

高压直流输电技术的广泛应用,使得直流系统建模成为该领域的研究重点。换流器作为直流系统最重要的器件,其模型的准确性直接决定了直流系统建模的有效性。传统的换流器开关函数模型应用于交流系统非对称运行状态时,计算精度降低。为了... 详细信息

高压直流输电技术的广泛应用,使得直流系统建模成为该领域的研究重点。换流器作为直流系统最重要的器件,其模型的准确性直接决定了直流系统建模的有效性。传统的换流器开关函数模型应用于交流系统非对称运行状态时,计算精度降低。为了提高换流器开关函数模型的计算精度,本文详细分析了三相非对称运行状态下换流器的换相过程,并着重考虑了直流侧二次谐波电流对换相持续时间的影响,建立了考虑阀导通偏移和换相角不等的换流器开关函数模型,相较传统的换流器开关函数模型,本文建立的模型能够显著提高分析精度。本文所建立的考虑交流非对称情况的HVDC换流器开关函数模型,在三个方面进行了应用：第一,将所建立的换流器开关函数模型应用于动态相量理论中。采用从PSCAD中采样、利用动态相量理论在MATLAB下编程实现计算,对换流器开关函数模型在动态相量理论中的应用进行了初探,验证了动态相量理论的分析精度的可靠性。第二,采用考虑交流非对称的换流器开关函数模型进行含直流馈入的交流系统故障分析研究。进一步建立了直流侧等值谐波阻抗模型及直流控制系统稳态响应模型,形成适用于交流系统故障计算的直流系统模型,并与传统的交流系统故障分析模型联立,形成了最终的含直流馈入的交流系统故障分析模型,通过仿真与计算验证了模型的有效性以及求解算法的收敛可靠性。第三,针对交流系统故障引发直流换相失败机理展开深入分析。基于HVDC换流器开关函数建模中对换流阀换相过程的分析,进一步分析了交流故障瞬间换流阀的实际触发导通过程,在此基础上,对交流系统故障引发直流换相失败的机理进行分析,提出了一种换相失败的预测方法,基于所做的对交流故障引发直流换相失败的机理分析,可以为解释换相失败下的一些特性提供理论参考。

关键词：换流器开关函数模型动态相量故障分析换相失败

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电力电子装置典型模型的适应性分析

电力系统自动化 2012年第6期36卷 63-68页

作者：王成山高菲李鹏黄碧斌丁承第于浩智能电网教育部重点实验室天津大学

针对不同的研究目的和应用场合,电力系统数字仿真对电力电子装置的建模要求也不尽相同,选取简繁适当的数学模型对系统仿真速度和精度具有重要的意义。文中以可控逆变器为例介绍了电力电子装置的详细模型、开关函数模型和平均值模型,分... 详细信息

针对不同的研究目的和应用场合,电力系统数字仿真对电力电子装置的建模要求也不尽相同,选取简繁适当的数学模型对系统仿真速度和精度具有重要的意义。文中以可控逆变器为例介绍了电力电子装置的详细模型、开关函数模型和平均值模型,分别采用这3种模型进行仿真,对3种模型的仿真结果进行了比较,进而给出了3种模型的适用范围。

关键词：电力电子装置详细模型开关函数模型平均值模型模型分析

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模块化多电平变换器容错运行环流抑制策略

高电压技术 2014年第11期40卷 3513-3518页

作者：马文忠江丽丽李林欢孙添添王树坤中国石油大学(华东)信息与控制工程学院青岛266580

模块化多电平变换器(MMC)采用热备用的容错控制方案时,可实现系统的容错运行。当子模块发生故障时,系统直接旁路故障子模块,变换器运行在上、下桥臂不对称状态。为分析这种状态下MMC系统的工作性能,推导了MMC容错运行工作模式的数学模型... 详细信息

模块化多电平变换器(MMC)采用热备用的容错控制方案时,可实现系统的容错运行。当子模块发生故障时,系统直接旁路故障子模块,变换器运行在上、下桥臂不对称状态。为分析这种状态下MMC系统的工作性能,推导了MMC容错运行工作模式的数学模型,详细分析了桥臂电流以及子模块电容电压的波动情况。分析结果表明:MMC上、下桥臂不对称运行时,故障相间桥臂环流中的基频成分增加,该部分环流会流入直流侧;改变子模块的平均开关频率可抑制不对称运行所引起的环流。在PSCAD/EMTDC中搭建了31电平的MMC模型(其中含6个热备用模块)并进行了仿真,仿真结果验证了所推导结论的正确性。

关键词：模块化多电平变换器容错控制策略热备用不对称运行环流抑制开关函数模型

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

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电工技术学报 2020年第4期35卷 807-816页

作者：张建忠胡路才徐帅江苏省智能电网技术与装备重点实验室(东南大学) 南京210096 牵引动力国家重点实验室(西南交通大学) 成都610031

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的... 详细信息

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。

关键词： T型逆变器中点电位平衡开关函数模型电压脉动抑制零序电压注入

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基于桥臂电流控制的风力发电并网逆变器研究

系统仿真学报 2007年第4期19卷 918-921页

作者：张强谢震张崇巍张兴合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

在大功率风力发电系统中,并网逆变器控制是实现电能转换与传输的重要环节。针对采用T型滤波器结构的风力发电并网逆变器,提出基于桥臂电流闭环结合前馈补偿间接控制逆变器并网输出电流的控制策略,并根据三相电压源型并网逆变器开关函数... 详细信息

在大功率风力发电系统中,并网逆变器控制是实现电能转换与传输的重要环节。针对采用T型滤波器结构的风力发电并网逆变器,提出基于桥臂电流闭环结合前馈补偿间接控制逆变器并网输出电流的控制策略,并根据三相电压源型并网逆变器开关函数的数学模型进行了控制系统仿真研究。仿真实验结果证明采用该控制策略提高了并网逆变器的稳定性和动态性能,同时可以有效抑制并网节点输出电流中的电流谐波。

关键词：并网逆变器 T型滤波器电流控制开关函数模型

基于运行模式分析的逆变器功率管开路故障诊断方法

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中国电机工程学报 2012年第24期32卷 30-37,7页

作者：姜保军安群涛重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆市南岸区400074 哈尔滨工业大学电气工程系黑龙江省哈尔滨市150001

提出一种新型逆变器功率管开路故障的在线诊断与定位方法。该方法在逆变器开关函数模型和运行模式分析的基础上,根据故障和正常状态下桥臂下管承受电压的不同,采用简单的硬件电路来实现,具有成本低、可靠性高、诊断时间短、适用性强等... 详细信息

提出一种新型逆变器功率管开路故障的在线诊断与定位方法。该方法在逆变器开关函数模型和运行模式分析的基础上,根据故障和正常状态下桥臂下管承受电压的不同,采用简单的硬件电路来实现,具有成本低、可靠性高、诊断时间短、适用性强等优点。对逆变器的运行模式进行研究,分别对正常状态和上下管开路故障状态时下管电压的实际值进行分析。分析结果表明,与由开关函数模型得到的下管电压估计值相比,上管和下管开路故障将产生不同的误差电压。另外,功率管开关延时、死区时间及测量噪声也会引起误差电压的产生,为了保障诊断的有效性需要加以消除。对于开关延时及测量噪声带来的误差电压,采用阈值比较和脉宽限制的方法将其滤除;同时通过将误差电压与开关信号进行调制,有效地消除了死区时间内的误差电压。给出硬件实现方法,在永磁同步电机矢量控制系统中进行实验验证。该方法不受闭环控制策略的影响,从表现出故障态到诊断输出的时间在10μm以内。

关键词：脉宽调制逆变器故障诊断开路故障开关函数模型运行模式

基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的建模分析

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安徽电气工程职业技术学院学报 2023年第1期28卷 45-51页

作者：满忠诚程青青朱前进许小飞魏良成王帅国网宿迁供电公司江苏宿迁223800

文章基于理想多绕组变压器并联型六相整流器,对理想多绕组变压器的电压、电流特征方程进行分析,建立并联型六相整流器的开关函数模型,给出六相整流器的输入电流、功率因数、输出电压的特征方程。通过仿真实验了基于理想多绕组变压器的... 详细信息

文章基于理想多绕组变压器并联型六相整流器,对理想多绕组变压器的电压、电流特征方程进行分析,建立并联型六相整流器的开关函数模型,给出六相整流器的输入电流、功率因数、输出电压的特征方程。通过仿真实验了基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的解析模型的正确性,为并联型大功率整流器的学习和教学提供一定的参考。

关键词：理想变压器开关函数模型六相整流器建模分析