模块化多电平换流器电容电压的一种平衡控制方法.pdf

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变流器·控制

模块化多电平换流器电容电压的一种平衡控制方法

李云丰，宋平岗，王楚

（华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌330013）

摘要：介绍了模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，MMC）的运行原理以及模块电容电压的
平衡控制。考虑传统的单相桥臂平均电压控制可能会在外部干扰的情况下输出电压不平衡而导致波形畸变，结合
载波移相调制方法提出了三相桥臂平均电压控制的方法，并对子模块电容电压采取比例积分调节，使得模块电容
电压平衡在稳定的范围内。仿真验证了电容电压平衡控制的可行性。
关键词：模块化多电平换流器；高压直流输电；载波移相调制；电压平衡控制；环流
中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：2095-3631(2012)05-0023-05

AMethodofBalancingControlforCapacitorVoltageofModular
MultilevelConverter

LIYun-feng,SONGPing-gang,WANGChu

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang,Jiangxi330013,China)

Abstract:Thispaperintroducestheoperationprincipleofmodularmultilevelconverterandbalancingcontrolmethodofcapacitor
voltage.Consideringtheconditionunderexternaldisturbancewhichmayleadtooutputtingunbalancedvoltageandwaveformdistortionwhen
usingtraditionalsingle-phasebridgeaveragevoltagecontrol,three-phasebridgeaveragevoltagecontrolisproposedcombinedwithcarrier
phase-shiftingmodulation.Proportionintegraladjustmentisadoptedforsub-modulecapacitorvoltagesothatthemodularcapacitorvoltage
fluctuationcanbemaintainedinastablerange.Simulationshowsthefeasibilityofcapacitorvoltagebalancingcontrol.

Keywords:modularmultilevelconverter(MMC);highvoltagedirectcurrent(HVDC);carrierphase-shiftingmodulation;voltagebalanc-
ingcontrol;circulatingcurrent

0引言而且是无源逆变；可以把一些分布式再生能源发电并
入电网，提高效率；可连接非同步和不同频率电网[2-5]。
随着国民经济的快速发展，工业、农业、居民用电
模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，
量逐渐增高，对电能质量的要求也不断提高。近年来，
MMC）是一种新型的拓扑结构，它于本世纪初期提出，
高压直流输电（highvoltagedirectcurrent，HVDC）技术
第一次商业应用是西门子公司，并且在最近几年成为了
成为了国内外研究的热点[1]，它有着许多显著的优点，
高压直流输电领域的研究热点之一[6-8]。HVDC输电系统
比如多端高压直流输电可以提高电力系统的稳定性；
主要是用于高电压和大功率等级的场合，由于电力电子
可向孤岛和海外作业平台类性质用户供电，成本低，
器件所能承受的电压和电流受到限制，传统的电压源换

收稿日期：2012-04-05流器大多采用两电平或三电平的开关管串联拓扑结构，
作者简介：李云丰（1988-），男，硕士研究生，主要研究方向为这对电力电子器件的均压和均流要求较高，而且传统的
高压直流输电；
两电平HVDC输出的低次谐波含量多，需要体积庞大的
宋平岗（1965-），男，博士，教授，研究方向为电力电子与再
[9-10]
生能源系统。变压器和滤波器装置，增加了系统的成本。MMC是
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[2]
一种高度模块化的结构，它通过存储在模块电容内的电感Ls有两个作用：（1）由于每相桥臂都是并联在
电压叠加得到较好的