一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法.pdf

2011年5月电工技术学报Vol.26No.5
第26卷第5期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2011

一种优化的模块化多电平换流器

电压均衡控制方法

1112
屠卿瑞徐政郑翔张静
（1.浙江大学电气工程学院杭州3100272.浙江电力调度通信中心杭州310007）

摘要模块化多电平换流器（MMC）的各个子模块间的电压均衡问题，是MMC拓扑的难点
之一。本文在采用最近电平调制方式的基础上，对按子模块电容电压排序后，根据桥臂电流方向
直接选择相应子模块触发的传统电压均衡方法进行了改进，引入子模块间最大电压偏差量，有效
避免了因排序算法导致的同一IGBT不必要的反复投切现象，从而在保证各子模块电容电压基本
一致的前提下，大大降低了因排序算法导致的过多的IGBT开关次数，明显减小了换流器的开关
损耗。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了20子模块的MMC仿真模型，对优化前后的电压均衡控
制方法进行了比较，仿真结果表明该改进算法可以在保证系统稳态特性的前提下，明显减小IGBT
开关次数，降低开关损耗。
关键词：模块化多电平换流器子模块电压均衡开关频率开关损耗
中图分类号：TM46

AnOptimizedVoltageBalancingMethodfor
ModularMultilevelConverter
TuQingrui1XuZheng1ZhengXiang1ZhangJing2
(1.ZhejiangUniversityHangzhou310027China
2.ZhejiangElectricPowerDispatchandCommunicationCenterHangzhou310007China)

AbstractModularmultilevelconverterbasedHVDC(MMC-HVDC)isanewgeneration
VSC-HVDCtopologyinventedbySiemens.Theproblemofvoltagebalancingamongthesubmodules
(SM)isdifficulttosolve.Thetraditionalmethod,whichusesthesortingresultsoftheSMcapacitor
voltagesandfirestheIGBTsdirectly,leadstorelativelyhigherpowerlosses.Thispaperproposesan
improvedvoltagebalancingcontrolmethod,whichreducestheswitchingoperationsignificantlyand
theswitchinglossesoftheconverterdecreasesconsequently.ThemodelofMMC-HVDCwith20SMs
isrealizedbyPSCAD/EMTDC,andthetraditionalandimprovedvoltagebalancingcontrolmethodsare
compared.Thesimulationresultsdemonstratethatthemodelisreasonableandtheimprovedmethodis
effective.
Keywords：Modularmultilevelconverter,submodules,voltagebalancing,switchingfrequency,
switchinglosses

于大型风电场（尤其是远海风电场）等可再生能源
引言
1并网、向无源网络供电、城市电网供电和异步交流
由于电压源换流器型高压直流输电系统电网互联等场合[1-3]。因此，对VSC-HVDC的研究
（VSC-HVDC）控制上的灵活性，使得其特别适合在近几年受到了学术界和工业界的广泛重视。
目前已投运的VSC-HVDC工程大多由ABB公

收稿日期2009-10-29改稿日期2010-08-04司承建，为二电平或三电平拓扑，国内外已有的大

16电工技术学报2011年5月

量研究成果也都是基于这两种拓扑。但在实际工程
中，二电平拓扑一般需要将多个IGBT直接串联以
达到所需的电压等级，对各器件开通和关断的一致
性要求较高，因此会在换流阀和交流系统连接电抗
上产生较高的电压变化率（dv/dt）和较大的电磁干
扰[4-6]。此外，多个直接串联的IGBT之间的动态均
压问题也是工程实践中的难点。
西门子公司提出了一种采用多个子模块级联的
模块化多电平换流器型（ModularMultilevel
Converter，MMC）直流输电拓扑