CN109474021A - 一种基于h-mmc的风力发电-并网系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于H‑MMC的风力发电‑并网系统及其控制方法，系统包括三相直驱永磁风力发电机、H‑MMC；所述H‑MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接；所述三相直驱永磁风力发电机的三相绕组与工频交流电网的三相交替连接到所述H‑MMC的六个顶点上。本系统采用最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H‑MMC电容电压平衡控制，H‑MMC桥臂电流跟踪控制，可实现不同电压等级直接并网，省去了升压变压器，且解决了风机启动时MMC子模块电容电压波动过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于H-MMC的风力发电-并网系统及其控制方法。
背景技术
风力发电是我国战略性新兴产业，大力发展风电是应对气候变化、实现清洁替代、促进节能减排、保障能源安全的必由之路，是我国抢占新一轮全球能源变革和经济科技竞争制高点的重要举措。2016年我国新增风电装机2337万kW，居世界第一，其中海上风电装机容量累计163万kW，成为继丹麦、英国和德国之后，全球第四个海上风电装机量突破百万千瓦大关的国家。预计到2020年底，全国风电装机总量将达到2.1亿kW，其中海上风电装机容量突破1000万kW。随着海上风电开发的大力推进，风力发电正朝着单机大容量方向发展。
传统风电机组的端电压较低，为了将海上风电送到负荷中心，需要首先将风力发电机组输出的低频交流电通过变流器转化为工频交流电，然后经直流母线汇流到海上升压站。海上升压站将低压工频交流电升压后接入中压电网，最后以中压交流的形式将能量输送到岸上。这种基于永磁同步风力发电机、两电平变流器和升压站的传统风力发电并网技术应用成熟，但海上升压站的建设、维护困难且系统造价成本很高。因此，无变压器风电系统受到了广泛的关注。
模块化多电平变流器(modular multilevel converter，MMC)具有输出电平数多，易实现模块化设计，易获得较高的电压等级，控制简单，已逐步应用于中压大功率风电机组变流系统。基于模块化多电平变流器的无变压器风力发电并网系统虽然可以省去升压站，但风力发电机启动时，运行的频率低于工频频率，连接到风力发电机的模块化多电平变流器在低频工况下运行时存在子模块电容电压波动剧烈的问题。虽然已有文献采用电流注入等方法解决模块化多电平变流器低频波动过大的问题，但各种基于电流注入的方法会带来变流器损耗过大的问题。另外，传统的背靠背式模块化多电平变流器具有12个桥臂，子模块数量较多，降低了变流器的可靠性，而变流器的可靠性直接影响到风力发电系统的安全稳定运行，减小子模块数可以有效提高变流器的可靠性。
因此，如何省去升压站，实现风力发电系统直接并网，如何解决风力发电机启动时传统MMC存在的子模块波动剧烈的问题，如何简化风力发电系统的多电平变流器结构，降低变流器子模块数，提高变流系统的可靠性，成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于H-MMC的风力发电-并网系统及其控制方法，不仅简化风力发电系统的多电平变流器结构，降低变流器子模块数，提高变流系统的可靠性，而且实现风力发电系统直接并网，取消升压站，还解决风机启动时传统模块化多电平变流器子模块电容电压波动过大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于H-MMC的风力发电-并网系统及控制方法，所述系统包括：
三相直驱永磁风力发电机、H-MMC；所述H-MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接，其中N为大于等于2的整数；所述三相直驱永磁风力发电机的三相绕组与工频交流电网的三相交替连接到所述H-MMC的六个顶点上；
所述全桥子模块还包括：第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和电容C；所述电容C的一端分别与所述第一开关管T1的第一端、所述第二开关管T2的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述第三开关管T3的第二端、所述第四开关管T4的第二端连接，所述第一开关管T1的第二端与所述第三开关管T3的第一端连接，所述第二开关管T2的第二端与所述第四开关管T4的第一端连接。
所述控制方法包括风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H-MMC容电压平衡控制，H-MMC桥臂电流跟踪控制；
风力发电机最大功率跟踪控制：
给定三相永磁同步发电机的转速参考值ωref；给定d轴电流参考值
将三相永磁同步发电机的转速参考值ωref与实际转速ω作差后通过第一PI控制器进行调节，得到三相永磁同步发电机q轴电流分量的参考值
和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压和从而进行最大功率跟踪控制；
网侧电流控制：
实时检测每个桥臂各全桥子模块电容电压值USM_armi,j(其中，i＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)；
通过公式计算得到H-MMC的子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，其结果经过第二PI控制器进行调节，得到网侧d轴电流参考值给定q轴电流参考值和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压 和
H-MMC电容电压平衡控制：
实时检测奇数桥臂各全桥子模块电容电压值Uarmi,j(其中，i＝1,3,5；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到奇数桥臂的子模块电容电压平均值，即
实时检测偶数桥臂各全桥子模块电容电压值U'armi,j(其中，i＝2,4,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到偶数桥臂的子模块电容电压平均值，即
将与比较后，经过第三PI控制器进行调节，得到常数分量环流参考值
实时检测第x桥臂各全桥子模块电容电压值Uarm_x,SM_j(其中，x＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N))；
通过公式计算得到第x桥臂子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，比较后经过第一P控制器进行调节，调节得到的结果与对应桥臂测到的实时电压vbx相乘，然后将六个桥臂的结果相加得到环流交流分量参考值与相加得到环流参考值通过控制环流实现H-MMC电容电压平衡控制；
H-MMC桥臂电流跟踪控制：
综合风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制和H-MMC电容电压平衡控制的结果，得到桥臂电流参考值(x＝1,2,3,4,5,6)为
将测到的桥臂实际电流ix与给定的桥臂电流参考值比较后经过双PR控制器得到各桥臂电压参考值
将实测到的第x桥臂的第n个子模块电容电压值Ucxn与比较后经过第二P控制器进行调节，调节后的结果与桥臂实际电流ix相乘，得到调制需要的附加电压将与相加后得到各个桥臂子模块的调制电压调制电压经过载波移相调制后得到全桥子模块的开关信号。
可选的，所述第一PI控制器的比例系数为0.48，积分系数为112；所述第二PI控制器的比例系数为0.49，积分系数为102；所述第三PI控制器的比例系数为0.5，积分系数为108；所述第一P控制器的比例系数为0.52；所述第二P控制器的比例系数为0.47；所述双PR控制器中的比例系数为1，所述双PR控制器中的第一谐振系数为10，所述双PR控制器中的第二谐振系数为19，所述双PR控制器中的风力发电机角频率为实测值，所述双PR控制器中的电网角频率为100π，所述双PR控制器中的第一截止角频率为200π，所述双PR控制器中的第二截止角频率为200π；
所述全桥子模块电容电压参考值UCref为2500V；
所述转速参考值ωref为10.1rpm。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于H-MMC的风力发电并-网系统及其控制方法，所述系统包括：三相直驱永磁风力发电机、H-MMC；所述H-MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接，其中N为大于等于2的整数；所述三相直驱永磁风力发电机的三相绕组与工频交流电网的三相交替连接到所述H-MMC的六个顶点上。基于上述结构设置，本发明具有以下优点：
1)采用H-MMC变流，实现直接中压并网，省去了升压变压器，并且可以通过改变全桥子模块的个数实现不同电压等级并网。
2)直驱永磁风力发电机的三相绕组与电网的三相交替连接到H-MMC的六个顶点上，相比于传统MMC连接风力发电机的方式，子模块数量少，变流结构简单，工作可靠性更高。
3)H-MMC在低频工况(风力发电机启动时运行频率低于50Hz)下运行时，子模块电容电压波动小。
4)采用最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H-MMC电容电压平衡控制，H-MMC桥臂电流跟踪控制，可以实现最大风能捕获、实现子模块电容电压平衡，并将捕获的功率以稳定地输送到电网，且解决了风机启动时子模块电容电压波动过大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于H-MMC的风力发电-并网系统的结构图；
图2为本发明实施例风力发电机最大功率跟踪控制框图；
图3为本发明实施例网侧电流控制的控制框图；
图4为本发明实施例H-MMC电容电压平衡控制框图；
图5为本发明实施例H-MMC桥臂电流跟踪控制控制框图；
图6为本发明实施例三相直驱永磁风力发电机相电压图和相电流波形图；
图7为本发明实施例风力发电机发出的有功功率及电网吸收的有功功率波形图；
图8为本发明实施例各桥臂子模块平均电容电压波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于H-MMC的风力发电-并网系统及其控制方法，不仅简化风力发电系统的多电平变流器结构，降低变流器子模块数，提高变流系统的可靠性，而且实现风力发电系统直接并网，取消升压站，还解决风机启动时传统模块化多电平变流器子模块电容电压波动过大的问题。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于H-MMC的风力发电-并网系统结构图，如图1所示，一种基于H-MMC的风力发电-并网系统，所述系统包括：
三相直驱永磁风力发电机1、六边形模块化多电平变流器(Hexagonalmodularmultilevel converter，H-MMC)2；所述H-MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接，其中N为大于等于2的整数；所述三相直驱永磁风力发电机1的三相绕组U、V、W与工频交流电网3的三相A、B、C交替连接到所述六边形模块化多电平AC/AC变流器的六个顶点上；
所述全桥子模块还包括：第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和电容C；所述电容C的一端分别与所述第一开关管T1的第一端、所述第二开关管T2的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述第三开关管T3的第二端、所述第四开关管T4的第二端连接，所述第一开关管T1的第二端与所述第三开关管T3的第一端连接，所述第二开关管T2的第二端与所述第四开关管T4的第一端连接。
所述控制方法包括风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H-MMC电容电压平衡控制，H-MMC桥臂电流跟踪控制。
图2为本发明实施例风力发电机最大功率跟踪控制框图，如图2所示：
给定三相永磁同步发电机的转速参考值ωref；给定d轴电流参考值
将三相永磁同步发电机的转速参考值ωref与实际转速ω作差后通过第一PI控制器进行调节，得到三相永磁同步发电机q轴电流分量的参考值
和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压和从而进行最大功率跟踪控制；第一PI控制器的比例系数kp1和积分系数ki1分别为0.48、112，参考转速ωref为10.1rpm。
图3为本发明实施例网侧电流控制的控制框图，如图3所示：
实时检测每个桥臂各全桥子模块电容电压值USM_armi,j(其中，i＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)；
通过公式计算得到H-MMC子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，其结果经过第二PI控制器进行调节，得到网侧d轴电流参考值给定q轴电流参考值和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压 和第二PI控制器的比例系数kp2和积分系数ki2分别为0.49、102，给定的全桥子模块电容电压参考值UCref为2500V。
图4为本发明实施例H-MMC电容电压平衡控制框图，如图4所示：
实时检测奇数桥臂各全桥子模块电容电压值Uarmi,j(其中，i＝1,3,5；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到奇数桥臂的子模块电容电压平均值，即
实时检测偶数桥臂各全桥子模块电容电压值U'armi,j(其中，i＝2,4,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到偶数桥臂的子模块电容电压平均值，即
将与比较后，经过第三PI控制器进行调节，得到常数分量环流参考值
实时检测第x桥臂各全桥子模块电容电压值Uarm_x,SM_j(其中，x＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N))；
通过公式计算得到第x桥臂子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，比较后经过第一P控制器进行调节，调节得到的结果与对应桥臂测到的实时电压vbx相乘，然后将六个桥臂的结果相加得到环流交流分量参考值与相加得到环流参考值通过控制环流实现H-MMC电容电压平衡控制；第三PI控制器的比例系数kp3和积分系数ki3分别为0.5、108，第一P控制器的比例系数kp4为0.52。
图5为本发明实施例H-MMC桥臂电流跟踪控制控制框图，如图5所示：
综合风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制和H-MMC电容电压平衡控制的结果，得到桥臂电流参考值(x＝1,2,3,4,5,6)为
将测到的桥臂实际电流ix与给定的桥臂电流参考值比较后经过双PR控制器得到各桥臂电压参考值
将实测到的第x桥臂的第n个子模块电容电压值Ucxn与比较后经过第二P控制器进行调节，调节后的结果与桥臂实际电流ix相乘，得到调制需要的附加电压将与相加后得到各个桥臂子模块的调制电压调制电压经过载波移相调制后得到全桥子模块的开关信号；双PR控制器的比例系数kp5为1，第一谐振系数ksc1为10，第二谐振系数ksc2为19,第二P控制器的比例系数kp6为0.47，双PR控制器中实测得到的风力发电机角频率ωm为10π，双PR控制器中电网角频率ωg为100π，双PR控制器中第一截止角频率ωsc1为200π，双PR控制器中第二截止角频率ωsc2为200π。
图6为本发明实施例三相直驱永磁风力发电机相电压和相电流波形图，(a)为直驱永磁风力发电机线电压波形图，线电压的基波幅值为4568V，谐波含量仅为0.26％，(b)为直驱永磁风力发电机相电流波形图，相电流基波幅值为1270A，谐波含量仅为0.16％。可见，在额定风速下，风机电压电流波形畸变率很低，风力发电机能够稳定运行。
图7为本发明实施例风力发电机发出的有功功率及电网吸收的有功功率波形图，由图7可知，发电机发出的有功稳定在额定功率5.0MW左右，电网吸收的有功在4.96MW左右波动，系统效率很高。
图8本发明实施例各全桥子模块平均电容电压波形图，由图8可知，各全桥臂子模块电容电压均在给定值2500V附近波动，波动幅度不超过5％，子模块能够稳定运行。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种基于H-MMC的风力发电-并网系统，其特征在于，所述系统包括：
三相直驱永磁风力发电机、H-MMC；所述H-MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接，其中N为大于等于2的整数；所述三相直驱永磁风力发电机的三相绕组与工频交流电网的三相交替连接到所述H-MMC的六个顶点上；
所述全桥子模块还包括：第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和电容C；所述电容C的一端分别与所述第一开关管T1的第一端、所述第二开关管T2的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述第三开关管T3的第二端、所述第四开关管T4的第二端连接，所述第一开关管T1的第二端与所述第三开关管T3的第一端连接，所述第二开关管T2的第二端与所述第四开关管T4的第一端连接。
2.一种基于H-MMC的风力发电-并网系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于根据权利要求1所述的系统，所述方法包括风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H-MMC电容电压平衡控制，H-MMC桥臂电流跟踪控制；
风力发电机最大功率跟踪控制：
给定三相永磁同步发电机的转速参考值ωref；给定d轴电流参考值
将三相永磁同步发电机的转速参考值ωref与实际转速ω作差后通过第一PI控制器进行调节，得到三相永磁同步发电机q轴电流分量的参考值
和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压和从而进行最大功率跟踪控制；
网侧电流控制：
实时检测每个桥臂各全桥子模块电容电压值USM_armi,j(其中，i＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)；
通过公式计算得到H-MMC的子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，其结果经过第二PI控制器进行调节，得到网侧d轴电流参考值给定q轴电流参考值和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电压 和
H-MMC电容电压平衡控制：
实时检测奇数桥臂各全桥子模块电容电压值Uarmi,j(其中，i＝1,3,5；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到奇数桥臂的子模块电容电压平均值，即
实时检测偶数桥臂各全桥子模块电容电压值U'armi,j(其中，i＝2,4,6；j＝1,2,3,…，N-1,N)，
通过公式计算得到偶数桥臂的子模块电容电压平均值，即
将与比较后，经过第三PI控制器进行调节，得到常数分量环流参考值
实时检测第x桥臂各全桥子模块电容电压值Uarm_x,SM_j(其中，x＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N))；
通过公式计算得到第x桥臂子模块电容电压平均值
将与给定的全桥子模块电容电压参考值UCref进行比较，比较后经过第一P控制器进行调节，调节得到的结果与对应桥臂测到的实时电压vbx相乘，然后将六个桥臂的结果相加得到环流交流分量参考值与相加得到环流参考值通过控制环流实现H-MMC电容电压平衡控制；
H-MMC桥臂电流跟踪控制：
综合风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制和H-MMC电容电压平衡控制的结果，得到桥臂电流参考值为
将测到的桥臂实际电流ix与给定的桥臂电流参考值比较后经过双PR控制器得到各桥臂电压参考值
将实测到的第x桥臂的第n个子模块电容电压值Ucxn与比较后经过第二P控制器进行调节，调节后的结果与桥臂实际电流ix相乘，得到调制需要的附加电压将与相加后得到各个桥臂子模块的调制电压调制电压经过载波移相调制后得到全桥子模块的开关信号。
3.根据权利要求2所述的基于H-MMC的风力发电-并网系统的控制方法，其特征在于，所述第一PI控制器的比例系数为0.48，积分系数为112；所述第二PI控制器的比例系数为0.49，积分系数为102；所述第三PI控制器的比例系数为0.5，积分系数为108；所述第一P控制器的比例系数为0.52；所述第二P控制器的比例系数为0.47；所述双PR控制器中的比例系数为1，所述双PR控制器中的第一谐振系数为10，所述双PR控制器中的第二谐振系数为19，所述双PR控制器中的风力发电机角频率为实测值，所述双PR控制器中的电网角频率为100π，所述双PR控制器中的第一截止角频率为200π，所述双PR控制器中的第二截止角频率为200π；
所述全桥子模块电容电压参考值UCref为2500V；
所述转速参考值ωref为10.1rpm。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110361963A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-10-22 | 岭南师范学院 | 一种永磁风机pi参数优化方法及装置 |
| CN110601201A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-20 | 国网福建省电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于直接交-交换流器h-mmc的upfc系统及其无源化控制方法 |
| CN112134303A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-25 | 湖南大学 | 一种基于六边形变流器风力发电系统的无差拍电流控制方法 |
| CN112187396A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 许继集团有限公司 | 一种适用于柔性直流换流阀的通信系统及方法 |
| CN112737352A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-30 | 上海理工大学 | 一种基于六角星接模块化多电平的三相交交变换器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5148357A (en) * | 1991-10-07 | 1992-09-15 | Westinghouse Electric Corp. | Auto-connected hexagon transformer for a 12-pulse converter |
| CN109004866A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-14 | 武汉大学 | 六边形结构的能馈型三端口级联变换器拓扑及控制方法 |
| CN109067299A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-21 | 武汉大学 | 三端口九边形模块化多电平变换器拓扑结构及控制方法 |
-
2019
- 2019-01-16 CN CN201910039568.7A patent/CN109474021B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5148357A (en) * | 1991-10-07 | 1992-09-15 | Westinghouse Electric Corp. | Auto-connected hexagon transformer for a 12-pulse converter |
| CN109004866A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-14 | 武汉大学 | 六边形结构的能馈型三端口级联变换器拓扑及控制方法 |
| CN109067299A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-21 | 武汉大学 | 三端口九边形模块化多电平变换器拓扑结构及控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LENNART BARUSCHKA;AXEL MERTENS: ""A New Three-Phase AC/AC Modular Multilevel Converter With Six Branches in Hexagonal Configuration"", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110361963A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-10-22 | 岭南师范学院 | 一种永磁风机pi参数优化方法及装置 |
| CN112187396A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 许继集团有限公司 | 一种适用于柔性直流换流阀的通信系统及方法 |
| CN112187396B (zh) * | 2019-07-05 | 2022-10-25 | 许继集团有限公司 | 一种适用于柔性直流换流阀的通信系统及方法 |
| CN110601201A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-20 | 国网福建省电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于直接交-交换流器h-mmc的upfc系统及其无源化控制方法 |
| CN110601201B (zh) * | 2019-08-23 | 2021-06-22 | 国网福建省电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于直接交-交换流器h-mmc的upfc系统及其无源化控制方法 |
| CN112134303A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-25 | 湖南大学 | 一种基于六边形变流器风力发电系统的无差拍电流控制方法 |
| CN112134303B (zh) * | 2020-09-11 | 2021-10-08 | 湖南大学 | 一种基于六边形变流器风力发电系统的无差拍电流控制方法 |
| CN112737352A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-30 | 上海理工大学 | 一种基于六角星接模块化多电平的三相交交变换器 |
| CN112737352B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-09-06 | 上海理工大学 | 一种基于六角星接模块化多电平的三相交交变换器 |
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