MMC的子模块电容电压平衡控制

模块化多电平变换器模型预测控制策略研究朱经纬;付文轩【摘要】模块化多电平变换器(MMC)因其具有公共直流母线的模块化拓扑结构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域.分析MMC拓扑结构,建立MMC数学模型,研究MMC运行控制规律;对MMC内部环流产生机理进行分析,推导了桥臂电流与内部环流的关系;分析了MMC模型预测控制策略.最后通过实验验证了模型预测控制策略能更有效地控制子模块电容电压平衡,减小环流幅值.%Modular multilevel converter (MMC)has been widely applied into HVDC,power quality control,electric drive and other fields due to its characteristic of modular topology of common DC bus.Topology structures of MMC were introduced,and then mathematical models of MMC were established as well as its regulation of operation control.The mechanism,quality and functions of circulation formation were analyzed.The relationship between current of bridge arm and circulating current was deduced.The model predictive control strategy of MMC was analyzed and the experimental results show that sub-module capacitor voltage is balanced and the circulating current amplitude is decreased effectively under the adopted control strategy.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)005【总页数】4页(P18-21)【关键词】模块化多电平;子模块电容电压;模型预测控制【作者】朱经纬;付文轩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM464多电平的拓扑结构在高压大功率场合得到了广泛应用。

MMC电容电压开环预估及控制新方法成佳富;陈洪胜;谢宁;周钦贤;李伟强【摘要】对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的电容电压纹波进行了分析。

针对开环调制中电容电压预估方法中含有积分环节,考虑估计所需电压电流信号中的谐波成分和干扰信号,直接积分运算受到影响,且存在积分初值选取和积分饱和等问题,提出两种改进的电容电压预估方法,即基于二阶广义积分的电容电压预估和基于双同步参考坐标系的电容电压预估方法。

采用二阶广义积分器对输入的信号进行滤波,且不会对特定频率的信号幅值产生影响,可提高电容电压预估的准确性。

在二倍频同步参考坐标系和基频同步参考坐标系上分别对上下桥臂电容电压之和与之差进行估计,避免了电容电压估计中的积分环节,适用于同步参考坐标系控制下的电压估计。

最后,在PSCAD/EMTDC 环境中搭建的MMC仿真模型验证了所提方法的正确性和有效性。

%This paper analyzes ripple wave of capacitor voltage of modular multilevel converter (MMC). In allusion to prob-lems such as integration element in capacitor voltage estimate (CVE)in open-loop modulation,consideration of harmonic and interference signals in voltage current signals,direct integral operation being affected,selection for integration initial value and integral saturation,and so on,two kinds of improved estimation methods for capacitor voltage are presented,one is CVE based on the second order generalized integral (SOGI-CVE)and the other is based on double synchronous reference frame (DSRF-CVE). It will not affect signal amplitude of specific frequency by using the second order integrator to filter input signals and can improve veracity of CVE. It can also avoid integration element in CVE by estimatingsum or difference of capacitor voltage of the upper and lower bridge arms on the second harmonic frequency synchronous reference frame and fundamental frequency synchronous reference frame,which is suitable for voltage estimation under the control of synchro-nous reference frame. In PSCAD/EMTDC environment,a MMC simulation model is established to verify validity and effec-tiveness of proposed methods.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2016(029)010【总页数】7页(P85-91)【关键词】模块化多电平变换器;电容电压预估;二阶广义积分;双同步旋转;开环调制【作者】成佳富;陈洪胜;谢宁;周钦贤;李伟强【作者单位】广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516001;广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516001;广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州 510080;广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516001;广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516001【正文语种】中文【中图分类】TM721模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)具有结构模块化、输出特性好、冗余控制、可以独立地控制有功功率和无功功率等优点[1-4]。

基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，多电平变换器已成为现代电力系统中重要的研究方向之一。

模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）因其高电压、大容量的特性，在高压直流输电（HVDC）、风力发电和电机驱动等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究一种基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM（脉冲宽度调制）整流器，通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的分析，为现代电力电子系统的优化设计与稳定运行提供理论支持和技术指导。

本文首先介绍了模块化多电平变换器的基本原理和五电平PWM整流器的拓扑结构，阐述了其在现代电力电子系统中的重要性和优势。

接着，详细分析了五电平PWM整流器的工作原理，包括其调制策略、开关状态切换以及功率因数校正等方面。

在此基础上，本文提出了一种适用于五电平PWM整流器的控制策略，旨在实现高效、稳定的能量转换和电网接入。

本文还对五电平PWM整流器的性能进行了仿真和实验研究，验证了其在实际应用中的可行性和有效性。

通过对比传统整流器与五电平PWM整流器的性能，本文进一步证明了新型模块化多电平变换器在提升电力电子系统性能、降低谐波污染和提高能源利用效率等方面的优势。

本文的研究对于推动模块化多电平变换器和五电平PWM整流器在现代电力电子系统中的应用具有重要意义。

通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的研究，有望为电力电子技术的发展提供新的思路和方向，为现代电力系统的智能化、绿色化和高效化提供有力支持。

二、模块化多电平变换器原理及特性分析随着电力电子技术的不断发展，模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）已成为高压大功率应用中的关键设备。

MMC以其独特的结构设计和灵活的扩展性，在电力系统中得到了广泛应用。

本文所研究的五电平PWM整流器，正是基于MMC的一种实现方式。

一种适用于高电压等级的MMC子模块均压算法俎立峰;胡四全;吉攀攀;李坤;冯敏;马俊杰【摘要】子模块电容电压的稳定对MMC稳定运行至关重要.随着MMC电压等级提高,子模块数量逐步增大,传统排序均压算法难以满足控制要求.针对这种情况,提出一种适用于高电压等级的子模块电容电压分组的均压控制算法,所耗资源和时间大大减少,并且能够达到与排序均压相同的均压效果,减轻了阀控系统的设计难度,提高系统可靠性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(048)002【总页数】4页(P118-121)【关键词】柔性直流输电;均压控制;电压分组;FPGA【作者】俎立峰;胡四全;吉攀攀;李坤;冯敏;马俊杰【作者单位】许继集团有限公司,河南许昌 461000;许继集团有限公司,河南许昌461000;许继集团有限公司,河南许昌 461000;许继集团有限公司,河南许昌461000;许继集团有限公司,河南许昌 461000;许继集团有限公司,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TM721模块化多电平柔性直流输电（MMC-HVDC）系统是新一代的直流输电技术。

柔性直流输电在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具有很高的应用价值[1]。

柔性直流输电换流阀桥臂由子模块串联而成[2-3]。

因此，输电系统电压等级越高，每桥臂需要串联的子模块个数越多，一般来说，需要几百甚至几千个子模块串联[4]。

以±200 kV的柔性直流输电系统为例，其单桥臂串联的子模块约250个，考虑子模块冗余配置，则串联子模块数量将会更多。

子模块电容电压均衡在合理工作范围是模块化多电平VSC稳定运行的前提条件，也是柔性直流输电换流阀控制系统设计的难点。

本文通过分析柔性直流输电子模块充放电原理，提出了一种适用于高电压等级的均压算法，并且通过仿真、实验验证了该算法的有效性。

柔性直流输电换流阀每个桥臂由n个子模块及一个电抗器串联而成，如图l所示。

迫机＞易校镂丿应用2021,48(3)电力电子变流器技术EMCA模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法**刘道正-金鑫-游坤奇S刘罗S刘西蒙S易灵芝$(1.湖南电器科学研究院有限公司，湖南长沙410009；2.湘潭大学自动化与电子信息学院湖南省多能源协同控制技术工程研究中心，湖南湘潭4门105)摘要：模块化多电平变换器(MMC)子模块(SM)的数量与直流侧电压成正比，当SM增加时，会导致MMC的开关损耗急剧增加，因此降低功率器件的开关频率一直是MMC的重要研究方向之一。

采用最近电平逼近调制(NLM)方式,提出一种基于全桥型SM的改进均压排序法，旨在降低MMC中功率器件IGBT的开关频率,该方法实现相对简单，无需额外的控制器，且易于扩展。

最后,通过在MATLAB/Simulink平台搭建了19个全桥SM的仿真模型，验证了该方法的有效性。

验证了所提全桥型SM优化均压策略，可以有效避免IGBT 不必要的反复投切，降低IGBT的开关损耗,同时对外部输出特性不会产生负面影响。

关键词：模块化多电平变换器；改进均压排序法；开关损耗；全桥子模块中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1673-6540(2021)03-0075-06doi：10.12177/emca.2020.219Optimization of Voltage Sharing Control Method for Full-BridgeSub-Module of Modular Multilevel Converter*LIU Daozheng1,JIN Xin,YOU Kunqi1,LIU Luo2,LIU Ximeng2,YI Lingzhi2(1.Hunan Electrical Apparatus Research Institute Co.,Ltd.,Changsha410009,China;2.School of Automation and Electronic Information,Hunan Province Cooperative Innovation Center forWind Power Equipment and Energy Conversion,Xiangtan University,Xiangtan411105,China)Abstract：The number of modular multilevel converter(MMC)sub-modules(SMs)is proportional to the voltage of DC side.When the SM number increases,the switching loss of MMC will increase sharp,so reducing the switching frequency of power devices has been an important research direction of MMC.The nearest level modulation(NLM)is adopted and an improved equal-voltage ranking method based on a full-bridge SM is proposed,aiming to reduce the switching frequency of IGBT in MMC.This method is relatively simple,requires no additional controller and is easy to be extended.Then,19simulation models of full-bridge SM are built on MATLAB/Simulink platform to verify the effectiveness of the method.It is verified that the proposed full-bridge SM optimization voltage-sharing strategy can effectively avoid unnecessary repeated switching of IGBT,reduce the switching loss of IGBT,and have no negative eflects on the external output characteristics.Key words:modular multilevel converter;improved equal-voltage ranking method;switching loss;full­bridge sub-module收稿日期：2020-12-07；收到修改稿日期：2021-01-15*基金项目：国家自然科学基金项目(615724⑹；湖南省自科基金株洲联合基金项目(2020JJ6009);大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室开放课题作者简介：刘道正(1988—)，男，硕士，工程师，研究方向为高低压电器产品检测方法和设备。

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略张明光;李波【摘要】模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用.为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题.最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型.仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】4页(P66-69)【关键词】模型预测;MMC-HVDC;开关频率;子模块均压;滚动优化;排序算法【作者】张明光;李波【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种新型的电压源型换流器结构[1]，采用子模块SM(Sub-Module)级联型拓扑，其模块化结构易于扩展，可通过增加或减少串联子模块的数量，灵活地改变应用的电压等级[2]。

与传统两电平或三电平电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)相比，MMC开关频率较低，输出电流的谐波含量少，对电力电子开关的一致性要求较低[3-4]，在高压直流输电领域具有广阔的应用前景[5]。