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模块化多电平变流器IGBT开路故障诊断与定位方法综述

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1501-1516,I0021页

作者：刘泽浩肖岚江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

随着模块化多电平变流器(modularmultilevel converter,MMC)在工程领域中广泛应用,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)开路故障问题日益突出,并成为制约其稳定运行的主要因素。IGBT开路故障诊断与定位方法作... 详细信息

随着模块化多电平变流器(modularmultilevel converter,MMC)在工程领域中广泛应用,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)开路故障问题日益突出,并成为制约其稳定运行的主要因素。IGBT开路故障诊断与定位方法作为及时识别开路故障,保证MMC持续稳定运行的主要手段而被广泛研究。文中首先对MMC的基本结构及IGBT开路故障特征进行介绍和分析,阐明故障子模块电流路径及电容电压变化趋势;其次,以定位故障IGBT使用的方法和手段为依据,对国内外相关主要文献进行分类和归纳,总结不同类型故障诊断方法的优点和不足;最后,对MMC开路故障诊断与定位方法的未来发展方向和趋势进行展望,指出基于硬件、基于模型和基于人工智能的3类诊断方案分别在降低硬件复杂度、提高故障诊断准确率和降低计算量等方面应该重点解决的主要问题和思路。

关键词：模块化多电平变流器子模块 IGBT开路故障故障诊断与定位方法

模块化多电平变流器的子模块工况模拟测试方法

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电力系统自动化 2022年第4期46卷 132-142页

作者：李恩溢马柯蔡旭上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市200240

在柔性直流输电系统中,变流器的稳定可靠运行对整个输电系统具有重要意义。考虑到目前模块化多电平变流器(MMC)在柔性直流输电中的应用愈加广泛,且MMC中组成元件数量众多、工况复杂,因此有必要在投运前对MMC的设计及控制进行深入验证。... 详细信息

在柔性直流输电系统中,变流器的稳定可靠运行对整个输电系统具有重要意义。考虑到目前模块化多电平变流器(MMC)在柔性直流输电中的应用愈加广泛,且MMC中组成元件数量众多、工况复杂,因此有必要在投运前对MMC的设计及控制进行深入验证。为了实现准确有效的功能性和可靠性测试,需要对MMC的关键部件施加与实际工况相近的运行条件。然而传统MMC测试方法成本代价较高,且测试自由度受限,相比之下,新出现的工况模拟测试方法可基于简化电路对较少的MMC子模块单元施加贴近实际工况的应力条件和控制行为,因此可以极大地提升测试效率。首先,介绍了MMC子模块工况模拟测试的概念和意义。然后,介绍了多种适用于MMC子模块工况模拟方法,分析对比了各方法在测试成本与模拟精度上的区别。最后,结合实际案例,通过仿真和实验验证了MMC子模块工况模拟方法的可行性和潜在价值。

关键词：模块化多电平变流器工况模拟子模块可靠性测试

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

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电网技术 2023年第1期47卷 322-337页

作者：周怿源秦亮杨诗琦余雪蒲清昕刘钊汛刘开培武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 贵州电网有限责任公司电力调度控制中心贵州省贵阳市550000

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界... 详细信息

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。

关键词：模块化多电平变流器电容电压均衡电容电压采样电容电压自平衡特殊工况

基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略研究

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基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略研究

作者：宋杰东南大学

学位级别：硕士

随着现代电力系统容量和电压等级大幅提高,大量中高压、大功率非线性用电设备接入电网,使得功率因数下降等电能质量问题日益突出。作为柔性交流输电系统的重要组成部分之一,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在... 详细信息

随着现代电力系统容量和电压等级大幅提高,大量中高压、大功率非线性用电设备接入电网,使得功率因数下降等电能质量问题日益突出。作为柔性交流输电系统的重要组成部分之一,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在电能质量改善方面起到重要的作用。但是传统STATCOM受制于拓扑结构、开关频率、器件耐压等因素,在中高压大功率场合的应用具有一定的局限性。模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)作为一种新型的多电平变流器,采用高度的模块化结构,不仅便于装置容量的升级,增加了系统运行的冗余状态,同时还可以实现装置的四象限运行。因此,将MMC作为STATCOM的主拓扑对于扩展STATCOM的使用场合如中高压配电网具有重要的意义。本文主要对模块化多电平静止同步补偿器的控制策略展开研究。首先,在分析STATCOM的工作原理基础之上,对比分析了 STATCOM的两种控制策略。随后,对几种电流检测方法进行分析总结并采用了一种基于改进锁相环的dq0电流检测法,消除在系统不平衡状态下对于无功电流检测产生的影响。其次,针对MMC的拓扑结构,分析其电路的工作原理。接着分别对MMC的调制策略、环流抑制策略以及子模块电容电压平衡控制策略进行研究。在环流抑制策略的研究中,提出了一种准PR控制的环流抑制策略。该策略的控制系统更为简洁,计算量小,且在电网电压平衡及不平衡下都能对环流进行有效的抑制,适用性更好。再次,在dq0坐标系下,建立了基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器的数学模型,提出了一种基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器的控制方法。针对电网三相不平衡工况,分析并建立电网不平衡工况下STATCOM的数学模型,提出了一种基于双坐标系下正负序分离的解耦控制策略,通过将正序以及负序分量分别进行解耦控制,实现了在电网不平衡工况下基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器能够准确、快速地进行无功以及负序补偿。最后,在Matlab/Simulink下建立仿真模型,验证了上述策略的可行性。

关键词：模块化多电平变流器静止同步补偿器无功补偿准PR控制电网不平衡

模块化多电平变流器子模块电压分组检测中过电压防护策略

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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电工技术学报 2019年第14期34卷 2957-2969页

作者：罗德荣贺锐智黄守道张志刚候维杨湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 长沙学院电子信息与电气工程学院长沙410003

针对模块化多电平变流器(MMC)子模块电压分组检测引起的过电压问题,对子模块过电压防护策略进行研究。首先,指出子模块电压不能实时直接测量是过电压出现的原因;接着,研究负载接入运行前对子模块电压进行预检测的必要性;然后,提出负载... 详细信息

针对模块化多电平变流器(MMC)子模块电压分组检测引起的过电压问题,对子模块过电压防护策略进行研究。首先,指出子模块电压不能实时直接测量是过电压出现的原因;接着,研究负载接入运行前对子模块电压进行预检测的必要性;然后,提出负载接入运行过程中的子模块过电压检测及预防策略,最后,在Matlab/Simulink环境下搭建31电平单相MMC仿真模型进行仿真验证并在九电平单相实验平台上进行实验验证。仿真和实验结果表明,本文提出的过电压防护策略在电容参数一致和存在参数偏移时均能取得良好的过电压防护效果,具有很强的参数适应性。

关键词：模块化多电平变流器分组检测电压观测子模块过电压

模块化多电平变流器子模块电容老化状态在线监测及均衡策略

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电测与仪表 2022年第7期59卷 193-200页

作者：蒲清昕秦亮王庆刘开培武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国家电网公司设备管理部北京100032

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)中电容老化程度高的子模块投切频率更大、损耗更高,危害子模块的安全运行。针对这个问题提出一种用于MMC的电容老化状态在线监测及均衡策略。通过电容电压变化与电容值的关系对... 详细信息

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)中电容老化程度高的子模块投切频率更大、损耗更高,危害子模块的安全运行。针对这个问题提出一种用于MMC的电容老化状态在线监测及均衡策略。通过电容电压变化与电容值的关系对电容老化状态进行在线监测,测量子模块电容间的相对值;根据测量的结果,在排序中引入虚拟电容电压,降低老化严重子模块的开关频率,延缓电容的使用寿命;仿真结果表明文中所提策略能够在不影响电容电压平衡的前提下有效降低老化严重子模块的开关频率,而且不用对子模块单独加装额外传感设备、不使用复杂算法,适用于子模块较多的场合。

关键词：模块化多电平变流器电容老化在线监测老化状态均衡

模块化多电平变流器型中压直流牵引供电系统控制方法研究

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电工技术学报 2018年第16期33卷 3792-3801页

作者：葛银波胡海涛杨孝伟何正友高仕斌西南交通大学电气工程学院成都611756 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心(西南交通大学) 成都611756

针对当前交流电气化铁道存在的电能质量和过分相等问题,研究一种适用于高速铁路的模块化多电平变流器(MMC)型中压直流牵引供电系统(MVDC TPSS)。针对系统运行控制问题,提出一种多牵引变电所(TSS)并联运行协调控制方法,用于抑制牵引网直... 详细信息

针对当前交流电气化铁道存在的电能质量和过分相等问题,研究一种适用于高速铁路的模块化多电平变流器(MMC)型中压直流牵引供电系统(MVDC TPSS)。针对系统运行控制问题,提出一种多牵引变电所(TSS)并联运行协调控制方法,用于抑制牵引网直流电压的波动,提高牵引网直流电压水平,使系统具备更高的可靠性与即插即用性能。从MMC的等效简化模型出发,建立MMC型牵引变电所的控制小信号模型,推导出牵引变电所输出电流与牵引网直流电压间的小信号传递函数,研究输出电流前馈控制对系统动态性能的影响,分析在牵引负荷移动时控制系统的稳定性。最后搭建详细仿真模型,模拟实际牵引供电系统的运行工况,验证所提控制方法的有效性。

关键词：中压直流牵引供电系统模块化多电平变流器小信号模型电流前馈控制

模块化多电平变流器模块电压纹波抑制策略及应用

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中国电机工程学报 2016年第7期36卷 1892-1899页

作者：李金科金新民吴学智张冀川武文北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京市海淀区100044 北京电动车辆协同创新中心北京市海淀区100044

降低子模块电容电压波动可以减少模块化多电平变流器系统成本、延长运行寿命。首先利用数值计算方法分析传统环流抑制策略对纹波抑制的原因,再通过模块瞬时功率波动表征子模块波动状态,以功率波动最低的目标计算出特定的环流量控制最优... 详细信息

降低子模块电容电压波动可以减少模块化多电平变流器系统成本、延长运行寿命。首先利用数值计算方法分析传统环流抑制策略对纹波抑制的原因,再通过模块瞬时功率波动表征子模块波动状态,以功率波动最低的目标计算出特定的环流量控制最优解来抑制模块电容波动。再根据计算出的电流瞬时值表达式,分析不同调制比及功率因数角对抑制纹波效果的影响。最后通过Matlab仿真系统及RT-Lab半实物样机平台在载波移相及最近电平逼近两种调制方式下对纹波抑制策略进行验证,分析了功率因数对抑制效果的影响,比较了传统环流抑制及瞬时电流注入对电容纹波的效果,验证其在特定工况下对两种调制方法的适用性。

关键词：模块化多电平变流器电压纹波电流瞬时值调制策略

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模块化多电平变流器子模块故障容错控制策略

电网技术 2016年第1期40卷 11-18页

作者：武文吴学智荆龙李金科国家能源主动配电网技术研发中心北京市海淀区100044 北京电动车辆协同创新中心北京市海淀区100044

随着模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电领域的应用日渐增多,其故障下的运行控制问题显得越来越重要。为解决上述问题,比较了现有的几种容错运行方案,以保证并网电流不变为出发点,基于载波移相调制方... 详细信息

随着模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电领域的应用日渐增多,其故障下的运行控制问题显得越来越重要。为解决上述问题,比较了现有的几种容错运行方案,以保证并网电流不变为出发点,基于载波移相调制方法的特点提出了一种仅对子模块故障相作子模块对称切除的容错方案,该方法可减少子模块的切除数量,且通过对故障相的载波进行重构可避免中性点的偏移,同时通过对故障相子模块电容电压的调节保证了环流主要成分在故障前后不发生变化,依然以直流分量与二倍频分量为主,使得采用传统比例谐振(proportional resonant,PR)控制方式的环流抑制器在子模块故障前后可具有通用性,在保证并网电流质量的同时近一步减小了子模块故障下容错控制器设计的复杂性,实现简单。最后通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性。

关键词：模块化多电平变流器子模块容错控制环流