MMC-HVDC阀组控制策略分析

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MMC-HVDC通用启动控制策略研究

ELECTRIC DRIVE 2020 Vol.50 No.5
电气传动 2020 年第 50 卷第 5 期
MMC，陈卓，王占宝，刘炜，李健（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳 550025）
摘要：在基于模块化多电平换流器高压直流输电系统（MMC-HVDC）正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容充电，为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击，需对系统的预充电启动策略进行设计。以电容电压实时排序算法为基础，分析了换流器不可控充电阶段特性。在可控阶段，根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了子模块的开环预充电方案，该方案适用于不同类型子模块且无需 PI 参数整定。最后，在 Matlab/Simulink 中搭建换流站预充电模型对所提策略进行验证。
从目前国内外研究来看，人们对于 MMCHVDC 的研究重点放在换流器的调制策略、桥臂
环流抑制、子模块电容稳压控制等方面，且一般情况下假设子模块电容电压已达到额定值，而对换流器启动预充电控制策略研究较少［5-6］。
换流器启动是直流输电系统正常运行前必须经历的环节。启动控制的目的是使用合适的控制策略使得换流器子模块电压迅速提高到额定电压，同时要尽量防止过电流和过电压冲击。现有的 MMC 预充电方式分为他励充电和自励充电。他励预充电方案瞬态处理能量等级低，控制过程简单，但是由于需使用辅助充电电源，因此在直流输电系统中这种方法既不经济也不实用。文献［7- 9］中以半桥子模块为前提设计了 MMC 自励启动预充电控制方案。文献［10］在考虑了交流电压跌落比与系统短路比关
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51567005）；黔科合平台人才（［2017］5788）；黔科合 LH 字（［2017］7230）作者简介：马嘉伟（1992-），男，硕士研究生，Email：1027566606@

MMC-HVDC基本控制策略研究及改进

MMC-HVDC基本控制策略研究及改进模块化多电平换流器(MMC)作为全控型电压源换流器(VSC)的一种新型拓扑结构,具有开关频率低、波形质量高、可拓展等优点,具有良好的发展前景。

十几年来,MMC-HVDC技术发展飞快,在工程应用领域以及理论研究领域取得了众多的成果,但依然尚有许多研究问题需要解决,如电容电压平衡优化控制问题、控制系统优化设计问题,等等。

本文在总结前人研究成果的基础上,对MMC-HVDC系统基本控制策略展开了深入研究。

本文首先针对MMC-HVDC系统的拓扑结构及其基本工作原理进行了详细分析,建立了MMC换流器的数学模型,阐述了MMC换流器子模块电容器以及桥臂电抗器的选取方法,并就MMC-HVDC系统基本控制策略进行了简单的介绍,为MMC-HVDC系统模型的搭建提供了一定的理论依据。

其次,针对MMC-HVDC系统阀组级控制策略进行了研究,介绍了MMC调制技术,并对CPS-SPWM调制策略进行了重点叙述,对子模块电容电压波动机理与环流产生原理进行了分析,阐述了传统的电容电压均衡控制与环流抑制控制策略,并利用传统电容电压平衡控制的思想设计了改进的均压拓扑,搭建了仿真模型对改进的均压拓扑的有效性进行了仿真验证。

再者,针对MMC-HVDC系统换流站级控制策略进行了研究,根据MMC交流侧数学模型,推导出了基于d-q轴解耦控制的电流内环控制以及功率外环控制,并结合系统级控制和阀组级控制设计了两端有源MMC-HVDC控制系统,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了MMC-HVDC系统仿真模型,分别对有功、无功功率的阶跃和反转进行了仿真分析,结果验证了所设基本控制策略的正确性。

最后,为提高MMC-HVDC系统受干扰能力,本文对换流站级控制策略进行了改进,将功率外环控制由开环改进成闭环,同时在功率外环控制的基础上添加交流侧故障控制,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了两端有源MMC-HVDC系统仿真分析模型,对采用改进控制策略前后的小扰动工况以及暂态工况运行特性进行了对比分析,结果验证了改进控制策略的有效性。

MMC-HVDC系统环流控制策略研究

MMC-HVDC系统环流控制策略研究MMC（Modular Multilevel Converter）-HVDC（High Voltage Direct Current）系统是一种新型的高压直流输电系统，具有较高的调节能力和稳定性。

然而，在实际运行中，MMC-HVDC系统中存在环路电流问题，可能导致系统发生振荡和不稳定。

因此，研究MMC-HVDC系统环流控制策略成为了当前研究的热点之一。

MMC-HVDC系统中的环流问题主要是由于逆变器之间的电容不完全匹配所引起的。

MMC-HVDC系统采用了分阶段放电和光纤通信等控制手段，可以有效地降低电容不匹配带来的环流问题。

然而，由于环流问题会对系统有害影响，因此需要寻找一种有效的控制策略来解决。

在MMC-HVDC系统中，环流控制策略主要分为有源环流控制和无源环流控制两种方式。

有源环流控制是通过调整逆变器中的导纳来抑制环流的产生，常用的方法有阻抗调节和自适应控制。

无源环流控制则是通过改进电容模块的电路结构和控制算法来减小环流的幅值和频率，常用的方法有改进电容模块的结构和采用非接触式的电容传感器等。

具体到MMC-HVDC系统中的环流控制策略研究，一种常用的方法是采用模型预测控制（MPC）策略。

MPC是一种基于模型的先进控制策略，具有快速响应、稳定性好等优点。

在MMC-HVDC系统中，利用MPC策略可以对逆变器的调制信号进行优化设计，从而实现环流的控制。

另外，还可以采用基于频率的环流控制策略，通过控制逆变器的工作频率和相位来抑制环流的产生。

在MMC-HVDC系统环流控制策略研究中，需要充分考虑系统的安全稳定性和经济性。

首先，要根据实际运行情况和系统参数对控制策略进行合理选择，以保证系统的安全稳定运行。

其次，要在保证系统安全性的前提下，尽可能减少环流控制的成本和能耗，提高系统的经济性。

最后，还应对不同的故障情况进行仿真和分析，评估环流控制策略在不同工况下的效果。

综上所述，MMC-HVDC系统环流控制策略研究是当前研究的一个重要方向。

MMC-HVDC交流侧不对称故障特性分析与控制策略

MMC-HVDC交流侧不对称故障特性分析与控制策略模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)与传统两电平或三电平电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)相比优势明显,例如结构模块化,谐波性能更佳,开关损耗和滤波要求更低。

但MMC不可避免的环流控制问题影响换流器的性能。

而基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter Based HVDC,MMC-HVDC)发展迅速。

其相对于传统直流输电的技术优势明显,但是其机理分析和控制系统设计更为复杂。

尤其当交流侧不对称故障时,传统的控制策略不再适用于三相不对称的情况。

为了保障柔性直流电网的可靠运行,需要对MMC及直流电网进行机理分析和控制系统设计。

本文基于数学分析通过仿真验证的方法主要研究了MMC-HVDC交流侧不对称故障时的运行机理和控制策略。

传统的控制策略不适用于三相不对称的情况,当交流侧电网不平衡时,现有的控制系统大多数选择抑制负序电流的方法。

这种控制方式下交流侧电流对称,而有功功率产生二倍频波动,传递到直流侧导致直流电压的二倍频波动。

本文通过改进环流控制器改善了上述问题。

通过建立环流和子模块电容电压,直流侧电压等物理量的数学关系,确定了一个直流侧电压波动最小时的最佳的环路电流值,并作为参考信号传输给MMC的电流控制回路,从而抑制了直流电压的波动。

本文主要研究了柔性直流电网交流侧不对称故障时环流的特性分析与控制策略。

首先,建立了MMC换流器的电磁暂态快速仿真模型和机电暂态模型。

研究的相关模型在一定程度上都加快了仿真效率,并具备较高的精准度。

在此基础上,将有助于进一步研究多端柔性直流输电系统的其他特性或进行工程分析;其次,对MMC-HVDC环流控制策略进行了优化。

传统的环流控制策略将环路电流抑制为零,该控制策略虽然可以降低器件损耗,但是没有考虑到子模块电容电压的波动,而且其控制精度较低。

HVDC系统中MMC换流器控制策略研究

所提出的控制策略具有良好的动态性能和鲁棒性，并且能够在均压的同时提高排序效率。关键词：模块化多电平换流器；内模控制；比例积分控制；电容均压；快排Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ算法
中图分类号：ＴＭ７２１．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７３ — ７５９８（２０１７）１０－００３１－０６
ｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｐｏｔｒｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｌｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｎｔｈｅｐａｐｅｒｏｐｔｉｍｉｚｅｓｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００１３，Ｃｈｉｎａ；
ｎｅａｒｅｓｔｌｅｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌｑｕｉｃｋｓｏｔｒｉｎｇＰａｔｉｒｔｉｏｎａｌｇｏｉｒｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓＭＭＣ—ＨＶＤＣｍｏｄｅｌｉｎ

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略张芳;张光耀;李传栋【摘要】基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难.针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略.设计了MMC-HVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性.%The technology of MMC-HVDC(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current) has been widely applied.However,the current inner-loop,which is based on traditional dq synchronous rotating coordinate system in the dual closed-loop PI control system,relys on the systematic mathematical model for the feed-forward decoupling compensation.Moreover,the first-order nonlinear active disturbance rejection controller has a considerable number of design parameters to tune.In these regards,the second-order linear active disturbance rejection control strategy of MMC-HVDC is proposed.The dual closed-loop secondorder linear active disturbance rejection controller of MMC-HVDC is designed to achieve the complete decoupling control of active and reactive power.Besides,the designed controller has fast responsespeed,strong anti-disturbance ability,and independence of controlled object mathematical model.Then,an improved capacitor voltage balancing control algorithm is proposed to reduce the switching frequency of bridge submodule.The electromagnetic transient model of 21-level MMC-HVDC is built in PSCAD/EMTDC,and simulative results verify that the proposed controller has good control performance and the capacitor voltage balancing control algorithm is effective.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2017(037)011【总页数】7页(P92-98)【关键词】MMC-HVDC;高压直流输电;线性自抗扰控制器;电容电压平衡控制算法【作者】张芳;张光耀;李传栋【作者单位】天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TM721.1;TM460 引言2001年，德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquart和A.Lesnicar共同提出了模块化多电平换流器 MMC（Modular Multilevel Converter）的拓扑结构，解决了电压源型变流器 VSC（Voltage Source Converter）结构中IGBT器件直接串联所带来的静态、动态均压问题，且其系统输出波形平滑、谐波含量少、开关损耗低，在工程中应用广泛［1-2］。

基于模型预测控制的 MMC-HVDC 系统控制策略研究

基于模型预测控制的 MMC-HVDC 系统控制策略研究代高富;符金伟;周胜;张冬凯【摘要】为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)电流内环的动态响应速度，提出了一种MMC-HVDC 系统的模型预测控制(Model predictive control, MPC)方法。

该方法通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量，克服了传统双闭环控制PI 参数整定困难和动态响应慢的问题。

针对外环 PI 控制器参数对系统参数敏感的问题，对 PI 控制器参数进行了自适应调整，根据控制器的输入偏差和输出的大小来调整PI参数，提高了控制器的鲁棒性。

针对子模块电容的均压问题，采用了基于排序法的最近电平调制(NLM)均压调制算法，有效地实现了子模块电容电压的平衡。

最后，通过 Matlab/Simulink 平台搭建了5电平的 MMC-HVDC 系统仿真模型。

仿真结果表明了该控制策略的有效性和可行性。

%In order to improve the dynamic response speed of the inner loop of the HVDC transmission system based on modular multilevel converter (MMC-HVDC), a model predictive control method (MPC) for MMC-HVDC system is proposed. In this method, the optimal control voltage is obtained by predicting model, feedback correction and rolling optimization. MPC overcomes the problem of PI parameter tuning difficulties and slow dynamic response of traditional double closed loop control. In view of the outer loop PI controller parameters on the system sensitivity problem, the parameters of PI controller are adjusted adaptively. The robustness of the controller is improved by adjusting the PI parameters according to the input error and the output of the controller.In order to realize the voltage balance between sub module capacitor, theNLM voltage balance modulation algorithm based on the ranking method is adopted to realize the capacitor voltage balance between the sub modules. At last, the simulation model of 5 levels MMC-HVDC system is built on Matlab/Simulink platform. The simulation results show the effectiveness and feasibility of the proposed control strategy.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2016(044)010【总页数】7页(P10-16)【关键词】模块化多电平变换器;MPC;准比例谐振;参数自适应;NLM【作者】代高富;符金伟;周胜;张冬凯【作者单位】西南交通大学电气工程学院，四川成都 610031;中国电力科学研究院，北京 100192;西南交通大学电气工程学院，四川成都 610031;西南交通大学电气工程学院，四川成都 610031【正文语种】中文2001年，德国学者首次提出了模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)，这种新型多电平结构因为具有公共直流母线、高度模块化、易于级联、输出波形好等优点得到了广泛的关注，并成功应用于柔性直流输电领域[1]。

子模块混合型MMC_HVDC直流故障穿越控制策略_孔明

孔明，汤广福，贺之渊
(国网智能电网研究院，北京市昌平区 102200)
A DC Fault Ride-through Strategy for Cell-hybrid Modular Multilevel Converter Based HVDC Transmission Systems
KONG Ming, TANG Guangfu, HE Zhiyuan
idc P
iap
ibp
icp
udcp
uaph
Nh× ubph
Nh× ucph
Nh×
SMh
SMh
SMh
uap
uapf
Nf× ubpf
Nf× ucpf
Nf×
SMf
SMf
SMf
FB-SM
L0
L0
L0
usa
isa
usb
isb
usc
isc
HB-SM
L0
L0
L0
uanh uan
Байду номын сангаас
Nh× ubnh SMh
Nh× ucnh SMh
直流电压有相同的数学关系。
以 A 相上桥臂进行说明，若忽略子模块电容电
压的波动，认为子模块均工作于额定电压下，根据
直流电压与桥臂输出电压之间的关系，则有
N aph usmhN
Napf usmfN

udcN 2
(1 mmax )
(1)
式中：mmax 为最大调制比；Naph、Naph 分别为半桥和全桥阀段中正常运行的子模块个数；usmhN、usmfN 分别为半桥和全桥子模块电容电压。为了简化调制
现阶段高压直流输电领域的直流断路器技术及制造工艺尚不成熟对于直流短路这种极端故障的处理大多数需要换流器与交流侧断路器的配合控制来清除直流短路电流89程大多采用直流电缆输出技术方案以降低故障直流线路故障而导致的系统停运的概率

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究李健;陈卓【摘要】多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义.文章基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器.针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式.由于文章中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(Nearest Level Modulation,NLM).最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性.【期刊名称】《贵州电力技术》【年(卷),期】2018(021)007【总页数】8页(P14-21)【关键词】模块化多电平变流器;控制策略;电容电压平衡策略;最近电平逼近策略;控制器【作者】李健;陈卓【作者单位】贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TM74随着经济的发展和工业化速度的加速，我国城市数目和大都市规模都有了巨大增长，原有的城市电网遭遇到前所未有的挑战。

同时，由于自然条件和地理环境的原因，可再生能源如光伏、风能发电的并网问题愈加突出。

相较于传统的交流输电，高压直流输电技术在大容量输电、大规模电网互联及稳定性方面优势越发明显[1]。

20世纪90年代，加拿大 McGill大学的 Boon-TeckOoi提出的基于可控开关器件和脉冲宽度调制(Pulse width Modulation technology，PWM)技术的电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)在直流输电中开始应用。

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略曹春刚;赵成勇;陈晓芳【摘要】Modular multilevel converter (MMC) is a new topology in VSC-HVDC,which is different from the conventional two level VSC. Therefore.it is significant to study the modeling and control strategy of MMC-HVDC. The topology and working principle of MMC are introduced in this paper. Considering the reactance of the bridge, the mathematic model of the MMC-HVDC was developed, and the simplified circuit diagram of MMC-HVDC was obtained. The 21-level MMC-HVDC system was constructed in PSCAD/EMTDC environment. In the synchronous dq reference frame, the feed forward compensation control strategy is applied, and the simulation results verify that the mathematical model is correct and the control strategy is effective.%模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义.论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理.在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图.在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)004【总页数】6页(P13-18)【关键词】模块化多电平换流器;桥臂电抗;数学模型;简化电路图;控制策略【作者】曹春刚;赵成勇;陈晓芳【作者单位】华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM721.1电压源换流器型直流输电VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)，具有有功无功灵活可调、占地面积小、环境污染小、具备黑启动能力等显著优点，在可再生清洁能源(如风能和太阳能)的大力开发和利用，城市配电网转入地下改造等领域得到越来越广泛的应用[1～5]。

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析杨林;张英敏;李丹;李兴源;刘天琪【摘要】模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电技术是近年来新能源集中送出和远距离异步联网较好的解决方案.负荷变化通过直流电网对交流系统产生的频率响应是一个重点研究课题.研究了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统的协调控制策略,通过交流电网的频率下垂控制和MMC换流站的直流电压下垂控制实现瞬时功率的平衡.通过引入换流站附加频率控制策略,使某个换流站交流系统出现负荷-频率变化时其他交流系统可以通过直流电网参与功率和频率调整,并进行理论推导频率响应关系,得出频率响应矩阵.在PSCADX4/EMTDC仿真软件搭建四端直流电网模型进行验证,结果表明控制策略的有效性与频率响应分析的可行性.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】7页(P1-6,11)【关键词】MMC-MTDC;互联系统;协调控制;电压下垂控制;频率响应【作者】杨林;张英敏;李丹;李兴源;刘天琪【作者单位】四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TM721基于电压源换流器的高压直流输电技术在新能源集中送出和全球能源互联等方面具有明显优势[1-4]。

多端直流和直流电网能够实现大容量传输，对换流站所连交流系统实现无功支撑，不同交流系统之间实现频率解耦和连接不同刚性强度的交流系统[5]。

基于自抗扰控制原理的MMC-HVDC控制策略

基于自抗扰控制原理的MMC-HVDC控制策略刘炜;王朝亮;赵成勇;郭春义;黄晓明;陆翌;裘鹏【摘要】简述了模块化多电平换流器(MMC)的基本原理,针对采用内环离散控制器后系统抗扰性能下降的问题,基于自抗扰控制ADRC(Auto Disturbance Rejection Control)原理,采用新型非线性函数设计了外环控制器;针对MMC的环流问题,设计了基于自抗扰控制技术的直接环流抑制器;为了抑制故障条件下的负序电流,设计了基于自抗扰控制技术的负序电流抑制器.最后在PSCAD/EMTDC环境下搭建21电平的MMC-HVDC系统模型,对所设计的混合控制器进行仿真验证,结果表明所设计的混合控制器具有良好的控制性能,验证了其有效性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2015(035)009【总页数】7页(P87-93)【关键词】模块化多电平换流器;高压直流输电;离散数学模型;自抗扰控制;内部环流;负序电流;电流控制;控制【作者】刘炜;王朝亮;赵成勇;郭春义;黄晓明;陆翌;裘鹏【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206;国网浙江省电力公司电力科学研究院,浙江杭州310014;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206;国网浙江省电力公司电力科学研究院,浙江杭州310014;国网浙江省电力公司电力科学研究院,浙江杭州310014;国网浙江省电力公司电力科学研究院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言由德国慕尼黑联邦国防军大学提出的模块化多电平换流器MMC（Modular Multilevel Converter）拓扑结构[1]，因为具有模块化程度高、开关损耗低、输出波形谐波含量少、适用于高电压大功率场合等优点[2]，得到了国内外学术界的广泛关注[3-8]。

文献[9-11]对 MMC 的拓扑结构、子模块 SM（Sub-Module）电容电压均衡控制、环流抑制、调制策略及控制策略等进行了研究。

MMC-HVDC系统控制与交流侧故障保护策略研究

MMC-HVDC系统控制与沟通侧故障保卫策略探究随着电力系统的不息进步和能源互联网的构建，高压直流输电（HVDC）技术成为现代电力系统中重要的输电方式之一。

作为最新一代HVDC技术，基于模块化多级换流器（MMC）的HVDC系统具有转换器结构灵活、控制性能优越、电压波动小等特点，因此在长距离大容量功率输电和电力交换中得到广泛应用。

MMC-HVDC系统中，沟通侧故障保卫策略是保证系统稳定运行的重要手段之一。

本文将对MMC-HVDC系统的控制及沟通侧故障保卫策略展开探究，并提出一种基于多级换流器控制的故障保卫方案。

MMC-HVDC系统的整体控制包括沟通侧调整、直流侧调整以及沟通滤波器控制等。

其中，沟通侧调整对于保证沟通侧电压稳定和控制无功功率具有重要意义。

为了实现沟通侧电压的快速调整和准确控制，本文接受了基于PI控制的电流外环和电压内环控制策略，并依据实时采集的信号进行参数调整。

此外，为了防止电流谐波引起的振荡问题，接受了谐波抑止控制方法，将发生在输出电压中的谐波重量抑止到较低水平，提高了系统的稳定性和可靠性。

另一方面，沟通侧故障保卫是MMC-HVDC系统运行中必备的一项工作。

在论文中，我们提出了一种基于电压矢量定向和电流监测的故障保卫策略。

该策略通过监测沟通侧电压和电流的大小和相位信息，实现对故障点的定位和裁定。

在检测到沟通侧发生故障后，系统将实行措施减小故障损害并实现快速分离，从而保卫系统的安全运行。

为了验证所提出的控制和故障保卫策略的有效性，本文设计了MMC-HVDC系统的仿真试验。

通过对多种故障状况进行模拟，验证了所提策略对系统故障的准确定位和裁定，并在故障发生后成功实现了快速分离和恢复。

试验结果表明，所提出的控制策略和故障保卫方案可以有效地提高MMC-HVDC系统的稳定性和故障抗干扰能力。

总之，本文对MMC-HVDC系统的控制与沟通侧故障保卫策略进行了深度探究。

通过对系统的整体控制和故障保卫策略的优化设计，提高了系统的稳定性和可靠性。

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略

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Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｍｏｕａｌｉｖｌｃｎｅｔｒ（ＭＣ）ｉａｎｗｏｏｏｙｉＣ— ｄｌｒｍｕｔｌｅｏｖｒｅＭｅｓｅｔｐｌｇｎＶＳＨＶＤＣ，ｉｈｉｄｆｅｅｔｆｏｔｅｗｈｃｓｉｒｎｒｍｈｆｃｎｅｔｎｌｗｏｌｖｌＶＳ．Ｔｈｒｆｒ，ｔｉｉｎｆａｔｔｔｄｈｄｌｇａｄｃｎｒｌｓｒｔｇｆＭＭｏｖｎｉａｔｅｅＣｏｅｅｏｅｉｓｓｇｉｉｎＯｓｕｙｔｅｍｏｅｉｎｏｔｏｔａｅｙｏｃｎＨＶＤＣ．ｅｔｐｌｇｎｒｉｇｐｉｃｐｅｏＭＣａｅｉｔｏｕｅｎｔｉａｅ．ｎｉｅｉｇｔｅｒａｔｎｅｏＴｈｏｏｏｙａｄｗｏｋｎｒｉｌｆＭｎｒｒｄｃｄｉｈｓｐｐｒＣｏｓｄｒｈｅｃａｃｆｎｎｔｅｂｉｇ，ｈｔｅａｉｍｏｅｏｈＭＣＨＶＤＣｓｄｖｌｐｄ，ｎｈｉｌｉｄｃｒｕｔｄａｒｍｆｈｒｄｅｔｅｍａｈｍｔｄｌｆｔｅＭｃ — ｗａｅｅｏｅａｄｔｅｓｍｐｉｅｉｃｉｉｇａｏｆ
ＨＶＤｍｏｕａｍｕｔｅｅｃｎｅｔｒｉｈｖｌｇｉｃｃｒｅｔ的数学模型，一步得到ＭＭＣＨＶＣ的简ｃ（ｄｌｒｌｌｌｏｖｒｅ＿ｇｏｔｅｄｒｔｕｒｎ）ｉｖｈａｅ进 — Ｄ化电路图。在ＰＣ／ＭＴＣ下搭建了２ＳＡＤＥＤ１电平ＭＭＣＨＶＤ — Ｃ系统，在ｑ同步旋转坐标系下，用前馈解采

基于PI控制的MMC—HVDC环流抑制策略

基于PI控制的MMC—HVDC环流抑制策略由于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）的三相桥臂相当于并联在直流侧，其三相桥臂的电压不可能完全相等，必然在三相桥臂中产生环流，导致桥臂电流波形发生畸变，影响输出波形，增加系统损耗。

本文分析了环流产生的机理，研究了MMC的环流抑制策略，并在PSCAD/EMTDC软件中搭建21电平的MMC模型进行仿真，结果表明，环流抑制器不仅仅能够对环流有抑制作用，改善电压波形，而且能够一定程度上降低子模块电压波动大小。

标签：MMC；电容电压；环流抑制0 引言随着社会经济的不断发展与电力电子技术的进步，模块化多电平换流器型高压直流输电（MMC-HVDC）作为新一代的直流输电技术[1]，除了具有传统直流输电的特点之外，还具有不存在换相失败、独立控制有功功率和无功功率、谐波含量低、适合构成多端直流输电系统等优点，可广泛应用在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电和异步交流电网互联等领域[2-3]。

但MMC换流器的输出通过子模块电压叠加而成，系统运行时，各个桥臂的电压不可能保持在在一个完全相同的值，使得桥臂不仅含有直流分量，而且存在一定的环流，将会导致桥臂电流发生畸变，影响电容电压的平衡，增加不必要的损耗，因此需要对MMC的环流进行抑制。

1 环流产生的机理MMC由三个相单元组成，每个相单元由N个级联的子模块（Sub module，SM）和一个电抗器LO串联而成的上下两个桥臂单元构成，SM由两个带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管IGBT串联后与一个储能电容器并联组成。

由于MMC换流器的对称结构，以A相为研究对象，将上下桥臂看做一个整体，MMC环流不仅包括直流分量，而且还包括二倍频的交流分量，MMC中三相环流按照a-c-b的顺序流动，并且各相环流之和为零[4]，因此，环流只在MMC内部各相之间来回流动，母线电流中不包含二倍频分量。

MMC-HVDC

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｉｏｔｎｗａｖｅｓ．Ｔｈｕｓ，ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｌｏｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ
到环流抑制分量以及子模块电容电压平衡分量，将两者叠加到ＭＭＣ的调制波中，从而有效地抑
制桥臂二次环流分量，同时也降低了系统的开关损耗．然后，利用并网控制策略，独立地控制系统
的整流侧和逆变侧的电力潮流，保证直流母线电压在负荷改变时保持恒定，实现了子模块电容电
ｒｅａｌ — ｔｉｍｅ．Ｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃｉｒｃｕｌａｉｔｏｎｃｕｒｒｅｎｔｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｓｕｂ — ｍｏｄｕｌｅｖｏｌｔ－
Ｖｏ１．４５Ｎｏ．２Ｍａｒ．２０１５
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ０５０５．２０１５．０２流抑制和并网控制策略
吉宇郑建勇梅军杜晓舟马天
ｇｉｒｄ — ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｒｔａｔｅｇｙｏｆｔｈｅＭＭＣ．ＨＶＤＣｉｓａｄｏｐｔｅｄ。ａｎｄｈｅｎｃｅｔｈｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｔｈｅ

交流故障下MMC.HVDC的无功功率控制策略

此外。ＭＭＣ的有功和无功功率换流器也可独立控制。因此。此处所提ＭＭＣ只要在内部输出曲线范围内。即可通过改变无功功率输出来调节交流系统的电压。在交流故障时如何控制ＭＭＣ的无功功率是当下研究的焦点问题。目前，ｄ—ｑ解耦
此处提出了一种针对ＭＭＣ的控制方法，可通过限制交流系统三相或单相接地故障时的无功功率来实现换流器故障下的ＬＶＲＴ功能。在这种方法中．正序分量在三相接地故障时进行调节，负序分量在单相接地故障时进行调节。实验表明，应用该控制策略之后，交流电压在故障清除后可正常调节．以便系统恢复正常运行状态。
控制方法应用于ＶＳＣ的无功功率控制较多［６］。在没有对应的控制策略情况下，当交流故障时ＭＭＣ存在过电流问题，在弱交流系统故障清除前ＭＭＣ存在过电压问题。此外，如今的ＨＶＤＣ项目要求每一个连接电网的换流器具有ＬＶＲＴ能力．这是对ＭＭＣ无功功率控制的另一个挑战。
验结果表明，该换流器通过ＬＶＲＴ方法，可在交流系统故障时为交流系统提供无功电流补偿
关键词：换流器：无功功率控制；低电压穿越

双端有源MMC—HVDC系统的控制策略研究

图中Ｕｓｉ ( ｉ＝ａꎬｂꎬｃꎬ下同) 为交流系统ｉ相的
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１５６７００５) ꎬ黔科合平台人才( [２０１７]５７８８) ꎬ黔科合( ＬＨ字[２０１７]７２３０) ꎮ
��１４��
第７期
李健ꎬ等:双端有源ＭＭＣ￣ＨＶＤＣ系统的控制策略研究
等效电势ꎬＲｉ和Ｌｉ分别为交流系统的电阻和电感ꎬ Ｕｄｃ和Ｉｄｃ分别是直流侧的电压和电流ꎮ 图中的ＳＭ采用半桥式结构ꎬ由两个全控电压驱动型器件ＩＧＢＴ、两个反向二极管和一个电压值为Ｕｃ的电容组成ꎮ
ＳＭ作为ＭＭＣ最基本的工作单元ꎬＭＭＣ通过支配相单元ＳＭ中Ｔ１、Ｔ２的导通和关断来分布上下桥臂的子模块ꎮ 正常工作时ꎬ为使直流侧电压衡定应保证单个相单元内有一半子模块处于投入状态ꎬ 通过合理分配各相单元中上下桥臂中ＳＭ的个数来得到期待的交流侧相电压[６－８] ꎮ 表１给出了ＳＭ的三种工作状态ꎮ 正常运行时ＳＭ应处于投入或切除状态ꎮ ＳＭ处于闭锁状态称为非正常运行状态ꎬ用以维持ＭＭＣ启动时给电容充电或故障情况将电容旁路ꎬＭＭＣ正常运行时不允许出现闭锁情况ꎮ
１ＭＭＣ的基本工作原理
三相ＭＭＣ由６个桥臂构成ꎬ上下两桥臂组成一个相单元ꎬ单个桥臂由Ｎ个完全一样的子模块 ( Ｓｕｂ￣ＭｏｄｕｌｅꎬＳＭ) 和一个电感Ｌ０构成ꎬ其中单个桥臂采用子模块级联方式[５] ꎮ 三相ＭＭＣ系统拓扑结构如图１所示ꎮ
图１三相ＭＭＣ拓扑结构图Ｆｉｇ�� １ＴｈｒｅｅｐｈａｓｅＭＭＣｔｏｐｏｌｏｇｙｄｉａｇｒａｍ
表１ＳＭ的六种工作状态ＴａｂＳｉｘｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｅｓｏｆＳＭ

MMC-HVDC启动控制策略研究综述

第36卷,总第211期2018年9月,第5期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.36,Sum.No.211Sep.2018,No.5MMC -HVDC 启动控制策略研究综述马嘉伟,陈　卓(贵州大学电气工程学院,贵州　贵阳　550025)摘　要:在基于模块化多电平换流器(MMC )高压直流输电系统(MMC -HVDC )正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容预充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。

首先分析了MMC 的拓扑结构,工作原理和数学模型。

然后重点阐述了MMC -HVDC 系统的预充电过程,限流电阻的选取原则,单站和双站预充电策略并对其进行总结分析,以此为基础指出了今后关于MMC -HVDC 启动控制方面的研究趋势和方向。

关键词:模块化多电平变换器;高压直流输电;限流电阻;预充电;启动控制中图分类号:TM460 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)05-0425-07A Survey of Research on Start -up Control Strategy based on MMC -HVDCMA Jia -wei,CHEN Zhuo(Electrial Engineering College,Guizhou University,Guiyang 550025,China)Abstract :Before the normal operation of the modular multi -level converter (MMC)HVDC transmissionsystem (MMC -HVDC),it is necessary to pre -charge the capacitor of the converter arm sub -module,in order to reduce the voltage and current impact generated during the pre -charging phase,the system'spre -charge strategy need to be designed.Firstly,the topological structure,working principle and math⁃ematical model of MMC are analyzed.Then,the pre -charging process of the MMC -HVDC system,the selection principle of the current limiting resistor,the single -station and dual -station pre -charging strategy are concluded and analyzed.Based on this,the research trends and directions of the MMC -HVDC control are pointed out.Key words :modular multi -level converter;HVDC;Current limiting resistor;pre -charged;start -upcontrol收稿日期　2018-04-09 修订稿日期　2018-06-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(51567005)黔科合平台人才[2017]5788,黔科合LH 字[2017]7230作者简介:马嘉伟(1992~),男,硕士研究生,主要研究方向为电力电子与电力传动。