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基于多次谐波协同注入的碳化硅模块化多电平换流器子模块电容电压波动抑制方法

南方电网技术 2025年

作者：杨柳谭令其周月宾马凯熊紫胭殷天翔林磊直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院) 广东省电力装备可靠性企业重点实验室(广东电网有限责任公司电力科学研究院) 华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室

碳化硅(Silicon carbide, SiC)器件开关频率高、开关损耗低，采用SiC代替传统硅(Silicon, Si)模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)可实现更高频次谐波注入，故而具备进一步减小子模块电压波动的潜力。本文探究SiC MM... 详细信息

碳化硅(Silicon carbide, SiC)器件开关频率高、开关损耗低，采用SiC代替传统硅(Silicon, Si)模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)可实现更高频次谐波注入，故而具备进一步减小子模块电压波动的潜力。本文探究SiC MMC的谐波注入边界，进而提出了一种多次谐波协同注入的子模块电容电压波动抑制的方法。首先基于传统MMC模型，探明了MMC注入谐波的频次边界；接着，建立了多次谐波协同注入的子模块电容电压波动优化模型，通过2+3+4+8次谐波协同注入，实现子模块电压波动的进一步抑制。通过综合对比表明，所提策略相比于环流抑制和典型2次环流注入方案，其电容电压波动分别降低了71.12%和54.17%，进一步实现了MMC轻量化设计。

关键词：谐波注入电容电压波动碳化硅模块化多电平换流器

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基于稀疏自编码器的模块化多电平换流器无监督开路故障诊断策略

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电力自动化设备 2025年

作者：杨兴武卢愿王江徐浩文孟致丞上海电力大学电气工程学院国网陕西省电力有限公司宝鸡供电公司

基于人工智能的模块化多电平换流器故障诊断方法具有广泛的适用性，但该类方法模型训练成本大且算法量复杂。对开路故障下子模块电容电流状态进行对比分析，提出将正常运行时电容电流理论值、实际值作为原始输入数据。利用稀疏自编码器... 详细信息

基于人工智能的模块化多电平换流器故障诊断方法具有广泛的适用性，但该类方法模型训练成本大且算法量复杂。对开路故障下子模块电容电流状态进行对比分析，提出将正常运行时电容电流理论值、实际值作为原始输入数据。利用稀疏自编码器强大的数据挖掘能力来设置多分类的故障诊断阈值，从而直接实现故障的准确定位和类型判断。所提策略采用无监督学习的方式进行模型训练，无须进行各类故障样本和数据处理即可快速准确地实现不同场景的多管故障诊断。相较于现有基于人工智能的诊断策略，所提策略鲁棒性更强，诊断速度更快，计算成本更低，规避了手动阈值选取复杂的问题。仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。

关键词：模块化多电平换流器人工智能无监督学习稀疏自编码器模型故障诊断

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双极面对面模块化多电平换流器型直流变压器快速保护方案

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电力系统自动化 2025年第09期 187-198页

作者：廖建权胡成彬高仕林谭子鹏王渝红四川大学电气工程学院

隔离型直流变压器(DCT)是多电压等级直流系统的关键设备，具有多功率变换级和多模块化的拓扑结构。然而，DCT发生内、外部故障时，其端口故障特性受DCT非线性控制和拓扑的双重约束，传统差动保护方法难以适用。文中针对面对面模块化多... 详细信息

隔离型直流变压器(DCT)是多电压等级直流系统的关键设备，具有多功率变换级和多模块化的拓扑结构。然而，DCT发生内、外部故障时，其端口故障特性受DCT非线性控制和拓扑的双重约束，传统差动保护方法难以适用。文中针对面对面模块化多电平换流器型DCT(FTF-MMCDCT)进行研究，提出两种分别基于端口直流量微分和漏电流的双极FTF-MMC-DCT保护策略。首先，根据不同故障类型下的电流流通路径，结合模块化多电平换流器等效电路，建立了含DCT的多级直流电网故障分析模型。在此基础上，归纳DCT内外部故障特性差异，提取了DCT直流电压电流微分、端口漏电流两种典型故障特征量。然后，设计了分别基于直流电压电流微分和漏电流的两种DCT保护方案，并从保护快速性、灵敏性、可靠性等方面对两种方法进行对比。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了含双极FTF-MMC-DCT的多级直流电网仿真模型。仿真结果表明，所设计的保护方案均能在2 ms内快速识别故障，并具有较强的耐受过渡电阻能力。

关键词：直流电网直流变压器模块化多电平换流器快速保护故障分析漏电流

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模块化多电平换流器效率优化控制器设计

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高电压技术 2013年第11期39卷 2730-2736页

作者：宋平岗李云丰王立娜叶满园华东交通大学电气与电子工程学院南昌330013

模块化多电平换流器每相投入模块的电压总和不平衡时,会导致三相桥臂之间出现以2倍频负序性质为主的环流。为此,设计了一种效率优化控制器。模块化多电平换流器模块化的特点使得电容电压排序算法成为一种非常好的均衡控制方法。在研究... 详细信息

模块化多电平换流器每相投入模块的电压总和不平衡时,会导致三相桥臂之间出现以2倍频负序性质为主的环流。为此,设计了一种效率优化控制器。模块化多电平换流器模块化的特点使得电容电压排序算法成为一种非常好的均衡控制方法。在研究了模块化多电平换流器数学模型的基础上,利用2倍频负序dq旋转坐标变换,设计了环流解耦抑制控制器,并结合电容电压优化排序算法,得到对应的各个子模块的触发脉冲。仿真结果表明,所设计的控制系统不仅能够降低器件的开关频率,而且相间环流也得到了很好的抑制,因此降低了系统运行损耗,提高了系统运行效率。

关键词：模块化多电平换流器高压直流输电模块保持算法环流解耦控制开关频率

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模块化多电平换流器的高效电磁暂态仿真方法研究

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中国电机工程学报 2020年第24期40卷 7980-7989页

作者：连攀杰刘文焯汤涌杨泽栋郁舒雁李霞电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的子模块数量众多造成的仿真效率低下、不适用于大型电力系统全电磁暂态仿真的问题,从3个方面对MMC模型等效方式和排序算法进行优化:1)采用灵活切换算法对MMC模型离散化仿真,... 详细信息

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的子模块数量众多造成的仿真效率低下、不适用于大型电力系统全电磁暂态仿真的问题,从3个方面对MMC模型等效方式和排序算法进行优化:1)采用灵活切换算法对MMC模型离散化仿真,在保持高精度仿真的同时避免数值振荡,确保模型准确无误,并进一步削减内部节点数量,加速模型计算;2)研究MMC最近电平逼近控制机理,减少不必要的排序,提出一种"基于双向堆排序的电容电压排序算法",加快模型计算速度;3)采用虚拟二极管的方式实现MMC闭锁时精确仿真,提高MMC在闭锁情况下仿真的精确度。最后,结合Matlab和PSCAD典型算例进行测试,验证文中所提高效电磁暂态仿真方法的精确性和高效性。

关键词：模块化多电平换流器电磁暂态灵活切换算法电容电压排序双向堆排序算法

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模块化多电平换流器快速电磁暂态仿真模型

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电网技术 2015年第1期39卷 257-263页

作者：喻锋王西田林卫星解大电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的... 详细信息

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的基础上设计了一种将独立子模块电磁暂态模型和一般子模块数值计算模型结合的混合模型仿真方法,弥补了数值计算模型难以模拟子模块电磁暂态过程的缺陷。为了进一步提高模型的仿真速度,通过简化MMC的电压均衡控制及子模块状态的差异性,建立了数值计算平均值模型。在PSCAD/EMTDC上搭建MMC-HVDC模型,对所提出的快速仿真模型及仿真方法的有效性进行了验证。

关键词：模块化多电平换流器数值计算模型平均值模型混合模型仿真方法电磁暂态仿真

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模块化多电平换流器谐波特性解析分析

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中国科学：技术科学 2013年第11期43卷 1272-1280页

作者：肖晃庆徐政薛英林唐庚浙江大学电气工程学院杭州310027

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)谐波特性的解析分析,对深入了解MMC的工作原理具有重要意义,同时对MMC主回路参数设计、降低损耗、提高电能质量具有实际应用价值.本文基于平均开关函数法和Fourier级数分析法,推... 详细信息

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)谐波特性的解析分析,对深入了解MMC的工作原理具有重要意义,同时对MMC主回路参数设计、降低损耗、提高电能质量具有实际应用价值.本文基于平均开关函数法和Fourier级数分析法,推导出了MMC各电气量谐波特性的解析表达式.在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平仿真模型,通过仿真值与解析计算值的对比,验证了提出的解析计算表达式的准确性和有效性.

关键词：模块化多电平换流器谐波特性平均开关函数 Fourier级数分析 PSCAD EMTDC

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模块化多电平换流器子模块关键组部件稳态电流应力全解析化计算

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电网技术 2022年第10期46卷 3712-3719页

作者：梅念王光达陈钊于慧芳王海猷国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209 国网能源研究院有限公司北京市昌平区102209

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是当前柔性直流工程的主流拓扑。高压大容量柔性直流输电工程中,MMC子模块中的半导体器件,特别是绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的通流能力较弱,电... 详细信息

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是当前柔性直流工程的主流拓扑。高压大容量柔性直流输电工程中,MMC子模块中的半导体器件,特别是绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的通流能力较弱,电流安全裕度较小,对各半导体器件的稳态电流应力进行精确解析计算对换流器器件选型、换流器损耗计算、阀冷系统设计、换流阀运行状态评估等具有决定性的作用。同时,支撑电容器也是模块的关键组部件,电流是其研发的关键指标。该文基于MMC子模块各组部件的通流条件和平均开关函数模型,推导了各组部件的电流平均值和电流有效值等关键参数的精确解析表达式,并进一步分析了MMC处于整流状态和逆变状态时各器件稳态电流应力的大小关系及特征。通过将稳态电流应力的解析计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比,验证了该文提出的解析计算方法的精确性。最后,基于解析计算和仿真分析,揭示了各组部件电流应力分布的特征规律。

关键词：模块化多电平换流器半导体器件电容器电流平均值电流有效值

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模块化多电平换流器子模块拓扑设计及其控制

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电力自动化设备 2019年第7期39卷 78-83页

作者：张建坡蒋畅田新成华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室河北保定071001 国网唐山供电公司河北唐山063000

根据直流故障电流切断位置不同,首先分析基于交流断路器、直流断路器和模块化多电平换流器子模块拓扑的3种故障抑制技术方案及其特点。然后从切断故障电流角度出发,利用双向可控开关对半桥拓扑进行改进设计以抑制直流故障,并与传统半桥... 详细信息

根据直流故障电流切断位置不同,首先分析基于交流断路器、直流断路器和模块化多电平换流器子模块拓扑的3种故障抑制技术方案及其特点。然后从切断故障电流角度出发,利用双向可控开关对半桥拓扑进行改进设计以抑制直流故障,并与传统半桥子模块相结合构成混合双子模块拓扑以降低单位电平成本和运行损耗。同时研究在闭锁期间混合双子模块内部电容不均衡充电所导致的电容电压不平衡问题及其应对策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建两端仿真模型,对混合双子模块拓扑直流故障抑制特性及电容电压控制策略进行仿真验证。

关键词：直流故障模块化多电平换流器混合双子模块电压平衡

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模块化多电平换流器实时仿真的快速实现方法

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高电压技术 2018年第7期44卷 2165-2172页

作者：何冰松李松周治国耿华郑翼鹏北京理工大学信息与电子学院北京100081 清华大学自动化系检测与电子研究所北京100081

采用FPGA可实现模块化多电平换流器的纳秒级仿真,但存在解算器开发难度大和通用性不足问题。为此,提出了一种等效模型快速成型法。该方法采用后向欧拉法对桥臂电感与子模块电容进行离散化处理,并结合戴维南定理对桥臂电路进行等效化,快... 详细信息

采用FPGA可实现模块化多电平换流器的纳秒级仿真,但存在解算器开发难度大和通用性不足问题。为此,提出了一种等效模型快速成型法。该方法采用后向欧拉法对桥臂电感与子模块电容进行离散化处理,并结合戴维南定理对桥臂电路进行等效化,快速建立系统仿真模型,在保证仿真精度的同时极大降低了模型解算器的设计难度,提升模型的仿真速率,实现了在FPGA上以100 ns的仿真步长进行仿真测试。将等效模型的初级仿真、混合仿真的实验结果从效果、误差方面进行对比分析,其波形重合度极高,且范式误差保持在0.5%以内,同时FPGA在回路仿真可完整仿真桥臂MMC开关的运作状态,验证了该方法的有效性。

关键词：模块化多电平换流器等效模型快速成型法后向欧拉法戴维南定理系统级建模 FPGA

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