一种层叠式多单元变换器悬浮电容电压滑模观测方法

作     者：关程程 王翔 戴凤娇 陈国富 原亚雷 谷伟明 

作者机构：先进输电技术全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(极高渗透率分布式光伏发电自适应并网与主动同步关键技术)(2022YFB2402900 52060023001T) 

主　　题：层叠式多单元变换器 悬浮电容电压估计 切换线性模型 滑模观测器 

摘      要：为了确保层叠式多单元变换器(Stacked Multicell Converters， SMC)的持续稳定运作，保持其悬浮电容电压的均衡是至关重要的一环。传统上依赖于复杂的主动控制策略，这类策略往往伴随大量电压传感器的使用，不仅增加了系统的经济负担，还可能对系统的稳定性和鲁棒性造成负面影响。鉴于上述挑战，探索替代性方案以减少硬件依赖并提升性能显得尤为必要。为此，本文引入了一种创新的思路，即采用基于切换线性模型的滑模观测器技术，作为对传统电压监测手段的有效替代。该方法无需依赖物理电压测量设备和繁琐的采样硬件，即可精确推断悬浮电容的电压值。与常规的滑模观测技术相比，本方法在两个关键领域取得了突破性的进展：一是通过改进算法，成功减轻了传统滑模控制系统中普遍存在的振荡问题，显著提高了系统的运行平稳度；二是加快了收敛速度，并提高了电压估计的精度，为SMC系统的精确控制提供了更加可靠的数据支持。为验证这一创新方法的实际应用效果，本文进行了详尽的仿真分析与实验验证。结果表明，该方法不仅在理论上具有可行性，而且在实践中展现出了明显的优越性和可靠性，为处理悬浮电容电压的均衡控制问题提供了全新的思考角度和切实可行的解决方案。