模块化多电平换流器环流抑制控制器设计

MMC-HVDC无源性PI稳定控制与环流抑制方法

MMC-HVDC无源性PI稳定控制与环流抑制方法薛花;李杨;王育飞;杨兴武;刘卫东【摘要】模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)日益广泛应用于高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)技术中,但MMC的多变量、强非线性特性,使其稳定控制问题成为拓展应用的瓶颈所在.从能量耗散和环流抑制的角度出发,基于MMC动态数学模型,直接在abc静止坐标系下建立双线性Lagrange方程.以均衡子模块电容电压为目标设计能量函数,结合PI控制简单架构,提出新型的无源性PI控制方法,使系统沿Lagrange积分最小化轨迹移动.在满足系统全局渐进稳定的前提下,实现期望轨迹的快速跟踪.针对MMC-HVDC环流产生的变流器损耗增加问题,设计MMC环流控制器,获得无源性PI控制环节桥臂电压补偿量,实现电容电压平稳和环流有效抑制.仿真结果表明所提出的方法具有响应快速、稳定性高、鲁棒性强的特点.%Modular multilevel converter (MMC) is widely used in high voltage direct current (HVDC). However, the multivariate and strongly nonlinear characteristics of MMC make the stable control problem become the key to their application. From the perspective of energy dissipation and circulating current suppression, the bilinear Lagrange equation in a-b-c synchronous reference frame is developed directly onthe basis of the dynamic mathematical model of MMC to analyze strictly passive features of the system. Energy function for balancing capacitor voltage is designed. Combining the simple architecture of PI control, a novel passivity-based PI control method is proposed to ensure the whole system along Lagrange integration minimization trajectory. The desired trajectory fast tracking can be realized under the premise of globalasymptotic stability. For the increase of converter losses generated by the circulation of MMC-HVDC, this paper designs circulating current controller of MMC to obtain arm voltage compensation in passivity-based PI control and achieves that the capacitor voltage comes to smooth and circulation is effectively suppressed. The simulation results show that the proposed method has the advantages of quick response, high stability and strong robustness.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2017(045)019【总页数】8页(P78-85)【关键词】模块化多电平变流器;无源性PI控制;环流抑制;双线性Lagrangian方程【作者】薛花;李杨;王育飞;杨兴武;刘卫东【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海 200090;国网泗阳县供电公司,江苏宿迁 223700;上海电力学院电气工程学院,上海 200090;上海电力学院电气工程学院,上海 200090;江苏正大清江制药有限公司,江苏淮安 223001【正文语种】中文近年来，随着高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)的快速发展，传统两电平逆变器由于器件耐压性能及控制性能不再能够满足应用需求，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)在HVDC系统中得到了日益广泛的应用与推广[1-5]。

模块化多电平换流器(MMC)原理简介

3、用途介绍
柔性直流输电
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
e1r Idc e2r DC1 e1l e2l
0.0385 [H]
R=0
3 [MVAR]
10 [MW]
A端电网
B端电网
R=0
#1
#2
e1l
rectify
inverter
e1r
0.0385 [H] #1 #2
3、用途介绍
5、MMC功率模块均压控制
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影响。在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态：（a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。（b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
据全国大部分的市场份额。
32
2、鼠笼型异步电机在不影响“能起动”的前提下，尽可能减小起动电流，以减小起动电流对电网的冲击 I. 降压起动（起动电流减小，起动转矩随电压平方减小） 1 自耦变压器降压起动
2 Y 转换起动
3 定子回路串电抗器起动 4 用晶闸管构成的交流调压器降压起动
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2、鼠笼型异步电机
模块 2CL2 模块 2CL20
换流器1
换流器2
MMC主回路拓扑结构
技术特点
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低；
3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。
4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且节约了成本。 siemens和中国电科院所投运的VSC-HVDC工程均采用此拓扑结构。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。

新型模块化多电平换流器的设计与应用

第50卷第1期电力系统保护与控制Vol.50 No.1 2022年1月1日Power System Protection and Control Jan. 1, 2022 DOI: 10.19783/ki.pspc.201639新型模块化多电平换流器的设计与应用于飞，王子豪，刘喜梅(青岛科技大学自动化与电子工程学院，山东青岛 266061)摘要：随着电力系统电压等级的不断升高，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)桥臂中串联的子模块数量增多，硬件成本升高，制约了其在直流输电系统中的发展。

针对这些问题，通过分析多电平换流器和现有的阶调式模块化多电平变换器(Gradationally Controlled Modular Multilevel Converter, GC-MMC)的工作原理，提出了一种新型的换流器。

为了解决新型逆变器的电容电压平衡问题，提出了一种适用于新型逆变器的新型稳压算法。

最后在Matlab/Simulink环境下搭建了双端标幺值控制的柔性直流输电系统，将新型逆变器应用于系统中进行了验证。

仿真结果表明，新型换流器输出电平数量比普通MMC多，输出交流侧和直流侧的波形质量达到直流输电要求。

通过对新型逆变器和普通MMC分别进行成本计算，结果表明新型逆变器的建设成本大大少于普通MMC。

关键词：模块化多电平换流器；阶调式多电平逆变器；阶调式模块化多电平变换器；电容电压平衡算法A gradationally controlled modular multilevel converter and its applicationYU Fei, W ANG Zihao, LIU Ximei(College of Automation & Electric Engineering, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266061, China)Abstract: With the increasing voltage level of power systems, the number of serial sub-modules in the bridge arm of a modular multilevel converter (MMC) increases, and the hardware costs increase. This restricts its development in the direct current transmission system. In order to solve these problems, a new type of converter is proposed by analyzing the working principle of a multi-level converter and the existing gradationally controlled modular multilevel converter (GC-MMC). In order to solve the problem of capacitor voltage balance of the new inverter, a new voltage regulation algorithm suitable for the new inverter is proposed. Finally, in the Matlab/Simulink environment, a flexible HVDC transmission system based on the new inverter's double-terminal SCM unit value control is built and verified. The simulation results show that the output level of the new converter is more than that of the common MMC, and the quality of the waveform of the output AC and DC side can meet the requirements of DC transmission. Through the cost calculation of the new inverter and the common MMC respectively, the results show that the construction cost of the new inverter is much less than the common MMC.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61803219).Key words: MMC; gradationally controlled multi-level inverter; GC-MMC; capacitor voltage balancing controlled algorithm0 引言随着电力系统的不断发展，电力系统的规模也在不断扩大，直流输电[1-3]已经成为我国电力输电的重要组成部分。

一种基于准PR控制原理的MMC阀组环流抑制方法

一种基于准PR控制原理的MMC阀组环流抑制方法1 引言随着风电、光伏等分布式能源的广泛应用和智能电网的发展，柔性直流输电技术发展迅速。

从传统的两电平电压源换流器拓扑到中性点钳位(NPC)的三电平拓扑，再到模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)在世界范围内都得到了广泛的研究和试验。

尤其是最近，MMC技术在VSC-HVDC领域有着更大的吸引力。

这种结构能够通过增加子模块数来灵活的适应电压和功率等级，而且MMC能降低开关频率，较大降低系统损耗，电压畸变小，从而不需要滤波器，使得MMC技术的优势非常明显。

2 MMC环流产生原理及控制策略MMC拓扑结构由六个桥臂构成，其中每个桥臂由N个相互连接且结构相同的子模块与一个电抗器L串联构成，上下两个桥臂构成一个相单元。

六个桥臂具有对称性，即各子模块的参数和各桥臂电抗值都是相同的。

其结构如图1所示。

换流器中的单元并联于直流侧母线上，在运行时每个相单元产生的直流电压很难保持严格一致，因此就有环流在三个相单元间流动，MMC的各种控制方法，最终要通过控制三相6个桥臂各自的输出电压upj和unj来实现。

为消除各相上、下桥臂电压和的不一致性，在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj的修正量，就可以抵消两个串联电抗器两端之间的电压，同时可间接控制换流器的内部电流icirj。

由于这种修正是同时加载同相上下两个桥臂上，因此它不会影响MMC的外部特性，即MMC输出的电流电压和电流不会改变。

利用这一特性，设计相应的内部环流抑制控制器（Circulating Current Suppressing Controller，CCSC）。

满足上述环流抑制控制器设计要求时的上、下桥臂电压参考值为式中，I2f为二倍频环流峰值。

综上所述，环流只存在于换流器内部，独立于换流器外部所接电源或负荷。

它是由各相上、下桥臂电压之和彼此不一致引起的，且此环流为二倍频负序性质，它在MMC三相桥臂间流动，对外部交流系统不产生任何影响。

模块化多电平换流器(mmc)电磁暂态仿真建模课程设计

模块化多电平换流器(mmc)电磁暂态仿真建模课程设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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模块化多电平换流器的建模与控制

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆａｒｎｌｃｕｒｒｅｎｔ．ＴｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎＭＭＣａｒｍｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｒｅｌｉａｚｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｎｔｅｎａｒｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆＭＭＣ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅｖｌｉａｄｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙ．ｇ
摘
２３０００９；
２３０００９）
要：分析了模块化多电平换流器（ＭＭＣ）的拓扑结构及原理。基于ＭＭＣ的桥
臂电流，建立了新型的电磁暂态模型，其中包括桥臂电流中基波分量、直流分量和二次分量的线性化方程。在此模型基础上，针对ＭＭＣ桥臂电流中各分量提出相应控制策王新颖（１９８８一），
・
分布式电源・
低压电器（２０１３Ｎｏ．７）
Байду номын сангаас
模块化多电平换流器的建模与控制

模块化多电平换流器(MMC)原理简介方案

4、MMC控制策略
【总体控制功能设计】外环控制器：换流器1作为从站，换流器2作为主站，高压直流电压（额定极间电压 20 kV）由换流器1从站负责控制，两站之间的有功功率可以反转，两站各自的无功功率控制相互独立。换流器1为直流电压环+无功功率给定；换流器2为有功功率给定+无功功率给定；
5、MMC功率模块均压控制
为了保持磁通为常数，调频时应同时调压，使 U/F=C, 变频调速系统常被称为变压变频（VVVF）调速系统
(Variable voltage,variable frequnecy)
35
3 异步电动机的调速
变频调速
n

n0(1
s
)

60 f1 p
(1
s
)
MMC目前的技术能力能够满足：在1-50Hz变频工况，功率单元按照
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 ±2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7.07kV 5.77kV 1.3kV 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2×50 Hz×π×145A)=28.6 mH。在初始引进技术资料中取值20mH。
3、用途介绍
柔性直流输电
R=0 R=0
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
0.0385 [H]
rectify e1r Idc
e1l inverter
e1l
e1r
#1 #2
e2r DC1 e2l
#1 #2

基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器

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。