CN107196539B - 一种桥臂参数不对称状态下的mmc零直流电压故障穿越控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，MMC中子模块全部采用全桥子模块，并在同一直流母线侧的桥臂间添加辅助回路构建新的拓扑；在零直流电压故障穿越过程中，桥臂间辅助电路工作保持三个上桥臂的能量均衡和三个下桥臂的能量均衡；再通过上下桥臂电压偏差调节使所有模块电压整体均衡，保证MMC零直流电压故障穿越过程中清除故障电流，继续向交流***提供无功支撑，维持子模块能量均衡，特别是在MMC桥臂参数不对称时，该拓扑及其控制方法依然能实现6个桥臂共同承担桥臂参数不对称引起的电压偏差，维持能量整体均衡，将短路电流限制到很低的水平，实现零直流电压故障穿越。

Description

一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制 方法
技术领域
本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法。
背景技术
柔性直流输电技术(voltage sourced converter based high voltage directcurrent,VSC-HVDC)是构建能源互联网及直流配电网的关键技术之一，模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)凭借无静态均压，高效率，低电磁干扰等优势成为了柔性直流输电换流站的主要拓扑，在VSC-HVDC技术发展过程中，直流短路故障穿越是目前所面临的重要问题之一。传统MMC拓扑采用半桥子模块虽然具有低成本高效率的优势，但不具备直流故障穿越能力，发生直流故障后需要有交流断路器保护。为了使MMC具备故障穿越能力，研究人员先后提出了全桥子模块箝位双子模块、串联双子模块、增强自阻型子模块等能实现故障电流阻断的子模块拓扑,利用此类子模块构成的MMC在发生直流故障时将子模块闭锁，子模块电容提供反电动势将交流电流通路阻断，实现MMC直流故障自清除。
由于全桥子模块在输出正负电压下都能正常工作，应用广泛，用全桥子模块构成的MMC(以下简称全桥型MMC)具有更多的优势，如直流故障期间不闭锁换流阀，继续为交流***提供无功支撑，实现零直流电压故障穿越；故障消除后负电压去游离，加速故障点绝缘恢复等。虽然全桥型MMC在零直流电压故障穿越过程中有如上诸多优势，但是由于直流侧电压为零，上下桥臂子模块电压均衡困难。目前所提出的零直流电压故障穿越过程中电容电压均衡控制方法包括环流注入法和上下桥臂独立控制法，在桥臂参数对称时，都能保证子模块电容电压均衡，清除直流故障电流；但是，当桥臂参数不对称时，故障穿越过程中上下桥臂模块能量均衡困难，导致直流侧输出电压不为零，即会在短路点产生较大的短路电流，实际工程中不能实现桥臂参数完全对称。
发明内容
针对全桥型MMC桥臂参数不对称时，在零直流电压故障穿越过程中上下桥臂子模块均压困难，直流侧输出电压不为零的问题，本发明提出了一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，保证MMC在零直流电压故障穿越过程中清除故障电流，继续向交流***提供无功支撑，维持子模块能量均衡。
本发明采用如下技术方案：
一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，该MMC由全桥子模块组成的MMC模型以及桥臂间辅助均压回路构成，该控制方法包括如下步骤：
1)桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制采用dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经过采样得到换流器的实际三相输出电流和电网电压，将其进行坐标变换得到输出电流的dq分量id和iq，电网电压的dq分量为usd和usq，并利用锁相环锁得电网电压相位ωt；
2)外环电压控制，采集所有模块的电压求平均值Uave_all，并与子模块电容电压额定Uc值作比较，比较差值经比例积分环节后得到有功电流控制指令
3)外环功率控制，无功参考指令Qref除以电网电压的d轴分量usd得到无功电流参考指令
4)内环电流前馈解耦控制，外环得到的有功电流参考指令和无功电流参考指令经电流前馈解耦控制环节后生成ud,uq，并求得ud,uq合成电压的幅值Um和相角
5)桥臂电压偏差调节控制，选取每相不在同一直流母线侧的三个桥臂对其电容电压进行调整，桥臂平均电压Uave_arm分别和子模块电容电压额定值Uc作比较，差值经比例积分器后，生成三相下桥臂参考指令的相角调整量j＝a,b,c；
6)步骤5)得到的相角调整量分别加上骤1)得到的电压相位ωt，步骤4)得到的相角再分别加上三相的相位差后得到换流器三相下桥臂调制波形的相角
7)步骤6)得到的三相下桥臂调制波相角取正弦值并乘以步骤4)得到的调制信号幅值Um后得到环流器三相下桥臂的调制信号uad_ref,ubd_ref,ucd_ref，其分别取反后得到换流器三相上桥臂的调制信号uau_ref,ubu_ref,ucu_ref，调制信号再经过最近电平逼近调制及均压排序算法后得到换流器子模块的触发信号，进而用于触发相应子模块。
本发明进一步的改进在于，MMC拓扑由全桥型子模块构成的三相六桥臂结构。
本发明进一步的改进在于，桥臂间辅助均压回路分别布置在三相上桥臂第一个全桥子模块之间和三相下桥臂第N个全桥子模块之间，相邻两个模块之间的辅助均压回路由三个二极管，一个辅助电容和一个IGBT组成；A相上桥臂第一个子模块电容CAu_1的正极经二极管连接辅助电容C1正极，电容C1的负极经二极管连接到直流正母线上，此外，辅助电容C1的正极经辅助IGBT T1连接到B相上桥臂第1个模块电容CBu_1的正极，电容CBu_1的负极经二极管连接到A相上桥臂辅助电容C1的负极，构成相间回路，以此类推，B相上桥臂辅助电容C2的正极经辅助IGBT T2连接到C相上桥臂第1个模块电容CCu_1的正极，CCu_1的负极连接到B相上桥臂辅助电容C2的负极，同样的，C相上桥臂辅助电容C3连接到A相上桥臂第一个子模块电容CAu_1上，三相上桥臂第一个模块构成三角形回路；与上桥臂类似，对于下桥臂的相间辅助回路，A相下桥臂第N个模块电容CAd_n的正极经辅助二极管接到下桥臂辅助电容C4的正极，辅助电容C4的负极直接连接到直流负母线上，C4的正极经辅助IGBT T4连接到B相下桥臂最后一个子模块电容CBd_n的正极，辅助电容C4和B相最后一个子模块电容CBd_n的负极通过直流负母线相连接，同样的，B相下桥臂最后一个子模块电容CBd_n的正极经二极管连接辅助电容C5正极，辅助电容C5的负极接直流负母线，辅助电容C5的正极经辅助IGBT T5接至C相下桥臂最后一个子模块电容CCd_n的正极，CCd_n的负极经直流负母线构成回路，C相下桥臂最后一个子模块电容CCd_n的正极经二极管连接辅助电容C6正极，辅助电容C6的负极接直流负母线，辅助电容C6的正极经辅助IGBT T6接至A相下桥臂最后一个子模块电容CAd_n的正极，CAd_n的负极经直流负母线构成回路；这样，三相下桥臂的最后一个子模块经过相间辅助电路构成三角形回路，实现上桥臂之间的相互均衡和下桥臂之间的相互均衡。
本发明进一步的改进在于，A，B，C三相的上桥臂编号分别为1,3,5，下桥臂编号为4,6,2，桥臂电压偏差调节环节中选取不在同一直流母线侧的三个桥臂对其电容电压进行调整，共1,2,3、2,3,4、3,4,5、4,5,6、5,6,1、6,1,2六种组合，选取任意一种组合，将对应桥臂能量调整到额定。
本发明进一步的改进在于，桥臂内部子模块电容投切遵循桥臂模块充电时低压模块优先充电，子模块放电时，高压模块优先放电的原则投切。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明提供的一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法中，全桥型MMC直流故障期间不闭锁换流阀，继续运行在STATCOM模式下，为换流站连接的交流***提供无功支撑，在发生直流侧短路故障时利用全桥模块的负压输出特性，将直流侧电压控制为零，短路电流降为零，实现零直流电压故障穿越。
进一步，换流器桥臂间辅助均压回路使同一直流母线侧三个桥臂之间的能量达到均衡，三相上桥臂第一个子模块之间通过相间辅助均压回路构成三角形结构，稳定运行后能量能自动均衡，同理，三相下桥臂之间也通过相间辅助均压回路构成三角形结构，因此下桥臂之间能能量也能自动均衡。
进一步，采用上下桥臂统一控制的方法，每相中只对单个桥臂的能量通过偏差调节调节到额定值，保证上下桥臂调制波形时刻等大反相，保证上下桥臂输出电压的和始终为零。
进一步，桥臂内模块电容电压通过排序均压策略达到一致；三相上桥臂桥臂间辅助均压回路使上桥臂之间达到均衡，下桥臂之间的辅助均压回路维持下桥臂之间的电压均衡，上下桥臂之间采用不在同一直流母线侧三个桥臂偏差调节的方式建立联系，因此当桥臂参数不对称时，产生的能量偏差会有所有模块共同承担，所有模块电压达到整体均衡，在零直流电压故障穿越过程中能将短路电流限制到很低的水平。
进一步，硬件辅助电路只在故障差穿越过程中工作，不会引入过多的运行成本，且硬件辅助电路只增加了6个IGBT，6个电容和18个二极管，对于高压大容量柔性直流输电换流站中成百上千个模块来说，辅助电路引入的投资成本也非常有限。
附图说明
图1为全桥型子模块的示意图；
图2为具备零直流电压故障穿越能力的MMC拓扑示意图；
图3为同一直流母线侧三个桥臂间辅助均压回路工作示意图；
图4为零直流电压故障穿越期间***等效模型；
图5为***整体控制框图；
图6为桥臂参数不对称时直流侧双极短路故障下，传统方法控制得到的子模块电压波形；
图7为桥臂参数不对称时直流侧双极短路故障下，发明方法控制得到的子模块电压波形；
图8为桥臂参数不对称时直流侧双极短路故障下，传统方法控制得到的短路点电压电流波形；
图9为桥臂参数不对称时直流侧双极短路故障下，发明方法控制得到的短路点电压电流波形。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的拓扑及工作原理做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参考图1，为本发明一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法控制的拓扑中所用的全桥子模块。
参考图2，本发明一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法控制的拓扑由A、B、C三相组成，每相由上、下两个桥臂构成，每个桥臂上总共有N个全桥子模块，每个桥臂上全桥子模块编号从上到下依次为1～N。
参考图2桥臂间辅助均压回路分别布置在三相上桥臂第一个全桥子模块之间和三相下桥臂第n个全桥子模块之间，相邻两个模块之间的辅助均压回路由三个二极管，一个辅助电容和一个IGBT组成；A相上桥臂第一个子模块电容CAu1的正极经二极管连接辅助电容C1正极，电容C1的负极经二极管连接到直流正母线上，此外，辅助电容C1的正极经辅助IGBT T1连接到B相上桥臂第1个模块电容CBu1的正极，电容CBu1的负极经二极管连接到A相上桥臂辅助电容C1的负极，构成相间回路，以此类推，B相上桥臂辅助电容C2的正极经辅助IGBT T2连接到C相上桥臂第1个模块电容CCu1的正极，CCu1的负极连接到B相上桥臂辅助电容C2的负极，同样的，C相上桥臂辅助电容C3连接到A相上桥臂第一个子模块电容CAu1上，三相上桥臂第一个模块构成三角形回路；与上桥臂类似，对于下桥臂的相间辅助回路，A相下桥臂第N个模块电容CAdn的正极经辅助二极管接到下桥臂辅助电容C4的正极，辅助电容C4的负极直接连接到直流负母线上，C4的正极经辅助IGBT T4连接到B相下桥臂最后一个子模块电容CBdn的正极，辅助电容C4和B相最后一个子模块电容CBdn的负极通过直流负母线相连接，同样的，B相下桥臂最后一个子模块电容CBdn的正极经二极管连接辅助电容C5正极，辅助电容C5的负极接直流负母线，辅助电容C5的正极经辅助IGBT T5接至C相下桥臂最后一个子模块电容CCdn的正极，CCdn的负极经直流负母线构成回路，C相下桥臂最后一个子模块电容CCdn的正极经二极管连接辅助电容C6正极，辅助电容C6的负极接直流负母线，辅助电容C6的正极经辅助IGBT T6接至A相下桥臂最后一个子模块电容CAdn的正极，CAdn的负极经直流负母线构成回路；这样，三相下桥臂的最后一个子模块也经过相间辅助电路构成三角形回路，实现上桥臂之间的相互均衡和下桥臂之间的相互均衡。
参考图3以A，B相上桥臂第一个子模块之间的辅助回路为例，C1,C2分别为A，B相的辅助电容，T1为相间辅助回路开关，D1为相间辅助均压回路中的钳位二极管，当A相上桥臂第一个子模块的IGBT T0导通时，此时如果A相上桥臂第一个模块电容CAu1的电压高于辅助电容C1的电压时，模块电容CAu1会给辅助电容C1充电，因二极管钳位作用，稳定运行时满足Uc1≥UcAu1；当第一个模块处于切除状态，让辅助IGBT T1导通，此时如果辅助电容C1上的电压高于B相上桥臂第一个模块电容CBu1的电压，辅助电容将会向模块电容CBu1放电。
参考图4一种具备零直流电压故障穿越能力的MMC直流侧发生短路故障后结构类似于两个链式星型STATCOM相并联，如图中三相上桥臂中全桥子模块构成星型STATCOM 1和三相下桥臂中全桥子模块构成的星型STATCOM 2通过各自的桥臂电抗器同时并联在交流***上，但与一般的两个星型STATCOM并联结构相比，MMC直流发生短路故障后等效的两个STATCOM的中性点通过MMC直流侧短路点相连接。
参考图5一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法包括以下步骤：
1)桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制采用dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经过采样得到换流器的实际三相输出电流和电网电压，将其进行坐标变换得到输出电流的dq分量id和iq，电网电压的dq分量为usd和usq，并利用锁相环锁得电网电压相位ωt；
2)外环电压控制，采集所有模块的电压求平均值Uave_all，并与子模块电容电压额定Uc值作比较，比较差值经比例积分环节后得到有功电流控制指令
3)外环功率控制，无功参考指令Qref除以电网电压的d轴分量usd得到无功电流参考指令
4)内环电流前馈解耦控制，外环得到的有功电流参考指令和无功电流参考指令经电流前馈解耦控制环节后生成ud,uq，并求得ud,uq合成电压的幅值Um和相角
5)桥臂电压偏差调节控制，选取每相不在同一直流母线侧的三个桥臂对其电容电压进行调整，桥臂平均电压Uave_arm分别和子模块电容电压额定值Uc作比较，差值经比例积分器后，生成三相下桥臂参考指令的相角调整量j＝a,b,c；
6)步骤5)得到的相角调整量分别加上骤1)得到的电压相位ωt，步骤4)得到的相角再分别加上三相的相位差后得到换流器三相下桥臂调制波形的相角
7)步骤6)得到的三相下桥臂调制波相角取正弦值并乘以步骤4)得到的调制信号幅值Um后得到环流器三相下桥臂的调制信号uad_ref,ubd_ref,ucd_ref，其分别取反后得到换流器三相上桥臂的调制信号uau_ref,ubu_ref,ucu_ref，调制信号再经过最近电平逼近调制及均压排序算法后得到换流器子模块的触发信号，进而用于触发相应子模块。
实施例
根据本发明的描述，仿真例子中应用三相对称的电容电压自均衡拓扑如图1所示，其交流侧接380V交流电网额定电压，直流侧额定电压为700V；采用11电平结构，即每相上下桥臂各有10个子全桥模块构成，子模块电容为3300μF，子模块电容额定电压为70V；桥臂电抗器为20mH；桥臂参数完全对称时，传统控制方法和本发明所提方法都能实现能量均衡。设置A相下桥臂损耗增加10W，即A相上下桥臂参数不对称，matlab/Simulink仿真结果如下，***稳定运行后，参考图6，采用传统控制方法时，A相下桥臂损耗增加10W，偏差调节作用给其注入更多的有功维持能量均衡，此时A相上桥臂注由于A相有功功率注入，模块电压上升，偏离额定值70V，达到74V，波动超过5％，B、C相由于损耗一致，上下桥臂模块电容电压一致；采用本发明中的控制方法后，参考图7，A相下桥臂参数不平衡引起的能量不均衡由所有桥臂共同承担，虽然每相上下桥臂都出现了偏差，但是偏差电压不超过2％，即2.8％，所有模块达到整体均衡；参考图8，传统控制方法下由于A相上下片比偏差过大，直流侧短路点电流较大，幅值达到2.5A,采用本发明的控制控制方法后，短路点电流幅值下降到0.4A，为原来的1/6，因此对于高压大功率的全桥型MMC换流站在零直流电压故障穿越过程中，本发明提出的控制方法能显著降低直流侧短路电流。

Claims (5)

1.一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，其特征在于，该MMC换流器由全桥子模块和电感连接组成的桥臂以及桥臂间的辅助均压回路构成，该控制方法包括如下步骤：
1)桥臂参数不对称状态下的MMC换流器零直流电压故障穿越控制采用dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经过采样得到MMC换流器的实际三相输出电流和电网电压，将其进行坐标变换得到输出电流的dq分量id和iq，电网电压的dq分量为usd和usq，并利用锁相环锁得电网电压相位ωt；
2)外环电压控制，采集所有子模块的电压求平均值Uave_all，并与子模块电容电压额定值Uc作比较，比较差值经比例积分环节后得到有功电流控制指令
3)外环功率控制，无功参考指令Qref除以电网电压的d轴分量usd得到无功电流参考指令
4)内环电流前馈解耦控制，外环得到的有功电流参考指令和无功电流参考指令经电流前馈解耦控制环节后生成ud,uq，并求得ud,uq合成电压的幅值Um和相角
5)桥臂电压偏差调节控制，选取每相不在同一直流母线侧的三个桥臂对其电容电压进行调整，所选取的三个桥臂中各个桥臂的各自的子模块平均电压分别和子模块电容电压额定值Uc作比较，所得差值首先乘以无功电流参考指令通过符号函数sign(x)以后的值，再通过比例积分器进行调节后，生成三相下桥臂参考指令的相角调整量
6)步骤5)得到的相角调整量分别加上步 骤1)得到的电网电压相位ωt，步骤4)得到的相角再分别加上三相的相位差后得到MMC换流器三相下桥臂调制波形的相角
7)步骤6)得到的三相下桥臂调制波相角取正弦值并乘以步骤4)得到的调制信号幅值Um后得到MMC换流器三相下桥臂的调制信号uad_ref,ubd_ref,ucd_ref，其分别取反后得到MMC换流器三相上桥臂的调制信号uau_ref,ubu_ref,ucu_ref，调制信号再经过最近电平逼近调制及均压排序算法后得到MMC换流器子模块的触发信号，进而用于触发相应子模块。
2.根据权利要求1所述的一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，其特征在于，MMC拓扑包含由全桥型子模块构成的三相六桥臂结构。
3.根据权利要求1所述一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，其特征在于，桥臂间辅助均压回路分别布置在三相上桥臂第一个全桥子模块之间和三相下桥臂第N个全桥子模块之间，相邻两个模块之间的辅助均压回路由三个辅助二极管，一个辅助电容和一个IGBT组成；A相上桥臂第一个子模块电容CAu_1的正极经辅助二极管连接辅助电容C1正极，辅助电容C1的负极经辅助二极管连接到直流正母线上，此外，辅助电容C1的正极经辅助IGBT T1连接到B相上桥臂第1个子模块电容CBu_1的正极，电容CBu_1的负极经辅助二极管连接到A相上桥臂辅助电容C1的负极，构成相间回路，以此类推，B相上桥臂第一个子模块电容CBu_1的正极经辅助二极管连接辅助电容C2正极，B相上桥臂辅助电容C2的正极经辅助IGBT T2连接到C相上桥臂第1个子模块电容CCu_1的正极，CCu_1的负极经辅助二极管连接到B相上桥臂辅助电容C2的负极，辅助电容C2的负极经辅助二极管连接到直流正母线上，同样的，C相上桥臂第一个子模块电容CCu_1的正极经辅助二极管连接辅助电容C3的正极，C相上桥臂辅助电容C3的正极通过辅助IGBT T3连接到A相上桥臂第一个子模块电容CAu_1的正极上，辅助电容C3的负极通过辅助二极管连接直流正母线，电容CAu_1的负极经辅助二极管连接到C相上桥臂辅助电容C3的负极，三相上桥臂第一个模块构成三角形回路；与上桥臂类似，对于下桥臂的相间辅助回路，A相下桥臂第N个模块电容CAd_n的正极经辅助二极管接到下桥臂辅助电容C4的正极，辅助电容C4的负极通过辅助二极管连接到直流负母线上，辅助电容C4的正极经辅助IGBT T4连接到B相下桥臂最后一个子模块电容CBd_n的正极，辅助电容C4的负极和B相最后一个子模块电容CBd_n的负极通过辅助二极管相连接，同样的，B相下桥臂最后一个子模块电容CBd_n的正极经辅助二极管连接辅助电容C5正极，辅助电容C5的负极通过辅助二极管连接直流负母线，辅助电容C5的正极经辅助IGBT T5接至C相下桥臂最后一个子模块电容CCd_n的正极，CCd_n的负极经辅助二极管连接辅助电容C5的负极构成回路，C相下桥臂最后一个子模块电容CCd_n的正极经辅助二极管连接辅助电容C6正极，辅助电容C6的负极经辅助二极管接直流负母线，辅助电容C6的正极经辅助IGBT T6接至A相下桥臂最后一个子模块电容CAd_n的正极，CAd_n的负极经辅助二极管连接辅助电容C6的负极构成回路；这样，三相下桥臂的最后一个子模块经过相间辅助电路构成三角形回路，实现上桥臂之间的相互均衡和下桥臂之间的相互均衡。
4.根据权利要求3所述一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，其特征在于，A，B，C三相的上桥臂编号分别为1,3,5，下桥臂编号为4,6,2，桥臂电压偏差调节环节中选取不在同一直流母线侧的三个桥臂对其电容电压进行调整，共1,2,3、2,3,4、3,4,5、4,5,6、5,6,1、6,1,2六种组合，选取任意一种组合，将对应桥臂能量调整到额定。
5.根据权利要求1所述一种桥臂参数不对称状态下的MMC零直流电压故障穿越控制方法，其特征在于，桥臂内部子模块电容投切遵循桥臂模块充电时低压模块优先充电，子模块放电时，高压模块优先放电的原则投切。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109510228B (zh) * 2018-10-24 2021-12-24 西安许继电力电子技术有限公司 一种mmc零直流电压控制方法及装置
CN111181187B (zh) * 2018-11-12 2023-06-16 西安许继电力电子技术有限公司 一种mmc阀组及其投退时子模块均压控制方法
CN109830977A (zh) * 2019-04-08 2019-05-31 武汉大学 直流输电电路、直流输电***及直流输电电路的控制方法
WO2020259801A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Huawei Technologies Co., Ltd. A dc-to-dc power converter
CN110391666B (zh) * 2019-06-26 2024-05-07 中电普瑞电力工程有限公司 一种混合型mmc控制方法、装置及控制器
CN110531720B (zh) * 2019-09-05 2020-12-18 西南交通大学 一种mmc分布式控制***中最优同步时间确定方法
CN110688778B (zh) * 2019-10-16 2021-08-31 福州大学 Mmc桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法
CN110943471A (zh) * 2019-11-07 2020-03-31 长沙理工大学 基于***能量最优分布的mmc故障控制策略
CN111682576B (zh) * 2020-06-22 2022-02-15 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 柔性直流输电***中具备直流故障穿越能力的三相串联ca-mmc及***
CN111682575B (zh) * 2020-06-22 2021-11-30 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 柔性直流输电***中具备稳压电容桥臂的三相串联ca-mmc及***
CN112787528B (zh) * 2020-12-30 2022-12-20 国网河北省电力有限公司沧州供电分公司 9a-mmc的控制方法及终端设备
CN113595424B (zh) * 2021-08-10 2022-11-01 东南大学 一种桥臂复用mmc拓扑结构
CN113525149A (zh) * 2021-08-12 2021-10-22 长春捷翼汽车零部件有限公司 一种电能供给控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN113824338B (zh) * 2021-11-09 2024-03-12 哈尔滨工业大学（深圳） 计算低压穿越时子模块非对称mmc桥臂电流的方法及装置
CN114683850B (zh) * 2021-11-19 2024-01-30 北京新能源汽车股份有限公司 一种安全状态控制方法、装置和设备

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102931863B (zh) * 2012-11-12 2015-04-15 华北电力大学 一种建立模块化多电平换流器的混合结构模型的方法
CN103532419B (zh) * 2013-09-09 2016-01-20 西安交通大学 一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法
JP6334201B2 (ja) * 2014-02-28 2018-05-30 株式会社日立製作所 電力変換装置、及び電力変換装置の制御方法
CN104037733B (zh) * 2014-06-03 2017-03-08 中国科学院电工研究所 一种直流故障隔离型柔性直流输电换流站子单元拓扑
CN104167912B (zh) * 2014-08-14 2016-08-31 华中科技大学 一种具备零直流电压故障穿越能力的mmc及其设计方法
CN204068699U (zh) * 2014-09-11 2014-12-31 华南理工大学 一种具有直流短路故障自清除能力的mmc子模块
CN204497991U (zh) * 2015-02-04 2015-07-22 国家电网公司 一种自耦式模块化多电平高压直流-直流变压器
CN105471307A (zh) * 2016-01-25 2016-04-06 华北电力大学 基于不等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联mmc自均压拓扑
CN105576691B (zh) * 2016-03-01 2018-07-03 西安许继电力电子技术有限公司 模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及***
CN106099873A (zh) * 2016-06-30 2016-11-09 全球能源互联网研究院 一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法
CN106099968A (zh) * 2016-08-05 2016-11-09 西安许继电力电子技术有限公司 海上风电场直流输电***直流短路故障穿越方法和***
CN106452147B (zh) * 2016-11-21 2019-02-05 西安交通大学 一种三相对称的mmc模块电容电压自均衡的拓扑

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