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大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制被引量：27: 2016年; 随着海上风场规模的增大,全直流风场成为未来海上风电的发展趋势。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)广泛应用在大功率、高电压的AC/DC电力变换领域,并且能够实现电能直接从低压交流到高压直流的转换,是一种适用于海上全直流风场的风力发电变流器拓扑。该文针对基于MMC的风力发电变流器的运行特性进行了分析,发现在低调制比的工况下MMC的子模块电容电压纹波会使交流输出电压产生畸变,通过对其机理的分析,提出一种改进的电流控制方法,改善受到电压畸变影响的电流动态控制性能。为了验证理论分析与控制方法,在RT-LAB中对一将6 k V永磁同步发电机连接到50 k V直流网的10 MW风力发电系统进行了建模和仿真,并在30k W的MMC实验平台上进行了实验验证。; 常怡然蔡旭; 关键词：电压畸变

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略被引量：47: 2015年; 提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。; 李程昊詹鹏文劲宇罗卫华高凯张忠林; 关键词：风力发电电压源型换流器

考虑大规模海上风电接入的多电压等级直流电网运行控制策略研究被引量：53: 2015年; 海上风电场功率送出需求使得新型直流输电技术成为研究热点之一。我国海上风电多分布在风电资源较为丰富的深海区域,海上风电场和陆上受端站分布较为分散,为实现大规模远距离多区域海上风电功率的有效传输,提出多电压等级直流电网传输方法。文中设计并重点研究一个三电压等级五端直流电网的拓扑结构,并对所研究的3种运行工况,即海上风电功率波动,陆上电网功率需求波动及陆上换流站退出运行,提出相应的直流电网运行控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行仿真分析。仿真结果证明所提出的控制策略是有效的,该直流电网电压及功率可灵活控制,直流电网运行稳定可靠。该研究也为未来直流电网的互联提出了一种可行的解决方案。; 孙蔚姚良忠李琰王志冰迟永宁; 关键词：多电压等级直流电网海上风电场

海上直流风电场内网中串联直流风机的变速控制被引量：16: 2014年; 直流风电场内网中直流风机的串联被证明是一种有潜力的大规模海上风能汇聚方案。然而,直流风机电压限幅期间的弃风现象是制约直流串联型风场商业化的主要因素。描述了海上直流风场内网中串联直流风机的耦合特性。为减少弃风,提出了电压限幅下串联直流风机的变速控制策略。为实现风场级研究中的所有控制,建立了含机电暂态特性的直流风机平均值模型。仿真算例结果,验证了所提策略的有效性。; 姚良忠施刚曹远志王志冰朱淼蔡旭; 关键词：变速控制

基于三电平子模块的倍电平复合式MMC变换器被引量：2: 2015年; 为了降低模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的接线复杂度和通信失效故障概率,ABB提出了采用压接式IGBT串联的级联两电平CTL(cascaded two-level)变换器。由于桥臂子模块数由数百降为几十,CTL变换器输出电压电平数较少,需要在交流侧安装滤波器。为此,提出了基于三电平TL(three-level)子模块的倍电平复合式MMC变换器VLD-HMMC(voltage-level-doubler hybrid MMC)。每个桥臂有TL、半桥HB(halfbridge)子模块混合组成,且交流侧串联有一个全桥FB(full-bridge)子模块,输出电压电平数提高了1倍,从而省去了交流滤波器。各子模块具有脉冲自主触发功能且其功率开关由压接式器件串联组成,降低了桥臂子模块数,简化了控制器与主电路之间的接线复杂度,降低了通信故障的概率。单个功率开关短路故障不会影响系统正常运行,并且可避免了子模块电容的过度放电,保护电容器和功率开关,提高变换器的可靠性及故障穿越能力。所提拓扑结构实现了直流故障穿越运行,为HVDC换流站的设计提供了技术参考。; 李瑞王忠旭Derrick Holliday姚良忠Barry W.Williams; 关键词：高压直流输电

大型海上交流风电场内部拓扑优化设计被引量：20: 2013年; 海上交流风电场的内部汇集网拓扑结构存在多种方式。介绍了评估不同拓扑结构的经济技术指标。在此基础上,以丹麦的Horns Rev海上风电场为例,给出了各种拓扑结构以及一种推荐的拓扑结构,并针对内部损耗、经济性、可靠性等各项指标,分别进行定量分析。分析比较结果表明:文中给出的Horns Rev海上风电场推荐拓扑综合性能更优,更具有合理性。; 孙君洋朱淼高强蔡旭; 关键词：海上风电场拓扑优化

直流电网MMC拓扑及其直流故障电流阻断方法研究被引量：114: 2015年; 难于阻断直流侧故障电流是典型半桥模块化多电平换流器(half bridge sub module based modular multilevel converter,HBSM-MMC)的固有缺陷,严重影响该类型换流器在直流电网中的应用,因此开展具有直流故障电流阻断能力的MMC拓扑及控制技术研究意义重大。首先介绍典型HBSM-MMC的拓扑结构及工作原理,阐述其直流侧故障特性及影响机理,对比分析现阶段存在的直流侧故障清除方法及优缺点,指出基于换流器拓扑的自清除方法是解决直流侧故障电流阻断问题的最有效方法之一;通过对国内外MMC拓扑的调研,分别详细研究3类MMC优化拓扑结构及其直流故障隔离和电流阻断机理,对比分析3类优化拓扑的各项参数和功能实现的优缺点,为后续MMC技术在多端直流输电系统和多电压等级直流电网中的应用提供技术参考。; 吴婧姚良忠王志冰李琰杨波曹远志

基于PSM技术的一种新颖级联多电平变换器研究被引量：1: 2016年; 脉冲阶梯调制(PSM)技术是将脉宽调制(PWM)技术和阶梯调制(SM)技术相结合,是级联多电平逆变器中一种广泛应用的调制方式。将PSM技术应用于级联多电平变换器,控制方便简单,能用较少的H桥输出较多的电平数且输出电压连续可调。仿真和实验结果表明,PSM技术能够很好地应用于级联多电平变换器中,输出电压波形总谐波畸变率小。; 曹远志杨波陶以彬鄢盛驰; 关键词：变换器脉宽调制

基于STATCOM和LCC-MTDC技术的大规模风电并网技术研究被引量：12: 2014年; 以西北电网千万千瓦级风场为背景,提出了采用相控换流器与STATCOM结合的多端直流输电技术进行大规模风电并网的方法。从两个层面上进行控制器的设计,一是从含有STATCOM的整流器交流侧子系统角度,针对策略的快速响应能力以及良好的控制特性。STATCOM非线性特性,引入逆系统方法设计其控制器并推导整流器直流侧电流与STATCOM直流侧电压的关系,提出适合于整流器的控制策略,保证交流侧功率平衡。其次从MTDC整体性能出发,设计相应的控制策略来确保系统稳定运行。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略的快速响应能力以及良好的控制特性。; 李广磊李笋孙树敏程艳陈霞郑雪阳文劲宇; 关键词：相控换流器多端直流输电双馈发电机静止同步补偿器

模块化多电平换流器型高压直流变压器的直流故障特性研究被引量：25: 2016年; 下一代高压直流电网技术成为未来电网发展的重要方向,高压直流变压器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备,也是制约直流电网推广的技术瓶颈之一。然而有关模块化多电平换流器型高压直流变压器(modular multilevel converter based HVDC transformer,M-HVDCT)拓扑的故障响应特性和故障穿越能力的研究尚未见诸报道。在搭建PSCAD/EMTDC仿真模型的基础上,首先分析了M-HVDCT的直流侧线路双极短路、单极接地短路故障机理,分析了系统的故障输出特性。结果表明,双极短路时的子模块电容放电是造成瞬态电流冲击的主因,而变压器耦合的阀侧馈能则是稳态故障电流的原因;M-HVDCT对双极短路故障具有故障隔离能力,而单极接地短路故障则会因为变压器的耦合作用而传到非故障侧,从而给系统带来负面影响。仿真实验结果验证了理论分析的正确性,研究结果将为直流电网技术的工程化研究提供重要的理论和工程应用基础。; 姚良忠杨晓峰林智钦薛尧黄先进郑琼林王志冰李琰; 关键词：模块化多电平换流器故障特性

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国家自然科学基金(51261130484)

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