模块化多电平换流器电容电压排序优化算法研究.pdf

研究与开发

模块化多电平换流器电容电压排序

优化算法研究

李云丰宋平岗王楚叶满园
（华东交通大学电气与电子工程学院，南昌330013）

摘要在深入研究了传统电容电压排序算法的基础之上，提出了最佳电压选择法，该方法致
力于在电容电压偏离理想值不是太大的基础上以最大的可能降低器件的开关频率和减少因电容电
压偏离理想值而产生的环流。最后搭建了每相40个子模块的MMC仿真模型，与传统排序算法相
比较，优化算法大大的减少了器件的开关频率，提高了系统运行效率。
关键词：模块化多电平换流器；最佳电压选择法；开关频率；高压直流输电；环流

ResearchonCapacitanceVoltageOptimizedSortingAlgorithm
ofModularMultilevelConverter
LiYunfengSongPinggangWangChuYeManyuan
(CollegeofElectricalandElectronicEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013)

AbstractBasedontheresearchingoftraditionalsortingalgorithmdeeply,bestvoltagechoosing
isproposed,whichcommitstoreducedevicesswitchingfrequencywithmaximumpermissiblelevels
andcirculatingcurrentcausedbycapacitancevoltagebiasfromidealvalue.Finally,comparedto
traditionalsortingalgorithm,40sub-modulesofMMCsimulationmodelwithoptimizedalgorithmis
constructedandsimulationresultsshowthatoptimizedalgorithmgreatlyreducesdevicesswitching
frequencyandenhancessystemoperationefficiency.
Keywords：modularmultilevelconverter;bestvoltagechoosing;switchingfrequency;voltage
balancingcontrol;circulatingcurrent

模块化多电平换流器（ModularMultilevel平衡是系统能够稳定运行的前提条件[15]，在平衡电
Converter,MMC）是一种新型的换流器拓扑结构，容电压的同时降低器件的开关频率是各种优化方法
德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquart和追求的重要目标。本文在致力于平衡模块电容电压
A.Lesnicar在2002年首次提出了这种拓扑结构，并以及减少器件开关频率的基础上，深入研究了MMC
且最近几年成为了高压直流输电（HighVoltage传统电容电压排序算法，并在此算法上进行了很大
DirectCurrent,HVDC）方面研究的热点之一[1-6]。模的优化改进，从而提出了最佳电压选择法。在电容
块化多电平换流器是一种新型的高度模块化拓扑结大小不变的情况下，器件开关频率降低将导致电容
构，它有着许多显著的优点，多个模块串联在一起，电压之间的最大差值大于传统排序算法下电容电压
很好的解决了两电平高压直流输电系统器件存在的的最大差值，而相间环流幅值的增加程度正比于电
均压问题，模块与模块之间具有很好的冗余性，通容电压的波动的程度，因此降低开关频率的同时相
过模块内电容电压的叠加从而得到较好的正弦波间环流幅值也随着增加，最佳电压选择法是在上下
形，当模块数一定高时，输出的低次谐波含量很少，两个桥臂中各自选择一个模块，使其电容电压的总
而高次谐波仅仅只需要很小的滤波装置，甚至不用和以最大的程度接近直流侧电压。仿真搭建了每相
滤波装置，大大地节省了场地建设面积[7-14]。40个子模块数的MMC换流器，结果表明，本文提
新型模块化多电平高压直流输电系统中电容的出的优化算法在电容电压允许的范围内，器件的平

国家自然科学基金资助项目（51167006）
82012年第12期
研究与开发

均开关频率得到了很大的改善，而环流的幅值也比1.2MMC的控制方法
只采用开关频率优化算法有所降低。目前为止，新型模块化多电平换流器常用的控
制方法有载波移相法和电容电压排序法，基于篇幅，
1MMC运行原理和控制方法
本文重点研究排序算法。以A相为例，MMC传统
1.1MMC运行原理电容电压排序的原理是：实时检测上下桥臂