模块化多电平变流器HVDC 输电系统控制策略

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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@

模块化多电平变流器HVDC系统的模型预测控制

第42卷第16期电力系统保护与控制V ol.42 No.16 2014年8月16日Power System Protection and Control Aug. 16, 2014 模块化多电平变流器HVDC系统的模型预测控制朱玲1，符晓巍2，胡晓波3，王晓茹1（1.西南交通大学电气工程学院，四川成都 610031；2.西安交通大学电气工程学院，陕西西安 710038；3.中国电力科学研究院，北京100192）摘要：随着电压源变换器型高压直流(Voltage-Sourced Converter-Based High-Voltage Direct Current，VSC-HVDC)输电需求的持续增加，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)成为柔性直流输电的研究热点。

环流的抑制和子模块电容电压的平衡是MMC控制的研究重点之一。

推导了模块化多电平变换器高压直流 (Modular Multilevel Converter based HVDC，MMC-HVDC)输电系统的离散数学模型，在此基础上针对五电平MMC的控制目标提出一种改进的具有工程应用价值的模型预测控制策略(Model Predictive Control，MPC)。

通过引入误差因子减小了子模块电压波动范围，同时通过MPC与电压排序算法相结合减小了传统MPC的计算量，并实现了HVDC系统传输功率的控制、MMC环流的抑制和MMC 子模块中电容电压的平衡。

仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。

关键词：模块化多电平换流器；高压直流输电；模型预测控制；电容电压平衡；环流抑制Model predictive control of modular multilevel converter for HVDC systemZHU Ling1, FU Xiao-wei2, HU Xiao-bo3, W ANG Xiao-ru1(1. School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710038, China;3. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)Abstract: With the continuously growing demand of the voltage-sourced converter-based high-voltage direct current (VSC- HVDC) transmission, modular multilevel converter (MMC) achieves great attentions in VSC-HVDC system. Circulating current eliminating and sub-module capacitor voltage balancing is one of the main technical challenges associated with the control of MMC. The discret mathematic model of the modular multilevel converter based HVDC (MMC-HVDC) system is derived, and an improved model predictive control (MPC) strategy with engineering value is proposed for five-level MMC. The sub-module voltage ripple is reduced by introducing the error factor. Furthermore, the combination of MPC and voltage sequencing algorithm reduces the computation burden, and realizes the transmission power control in MMC-HVDC system, circulating current eliminating, sub-module capacitor voltage balancing. Simulation results validate the proposed control strategy.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51128701).Key words：MMC; HVDC; MPC; capacitor voltage balancing; circulating current eliminating中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2014)16-0001-080 引言近年来，多电平电压源变换器在世界范围内得到广泛的研究和关注，并被成功应用于如高压直流输电[1]、有源滤波[2]、静止无功补偿[3-4]等领域。

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。

模块化多电平变流器高压直流输电系统直流故障改进控制策略

模块化多电平变流器高压直流输电系统直流故障改进控制策略姚骏;谭义;裴金鑫;熊小伏;欧阳金鑫【摘要】针对模块化多电平变流器高压直流(MMC-HVDC)输电系统直流故障,首先建立全桥型MMC-HVDC系统的详细数学模型,并对故障期间系统过电压或过电流的产生机理及其发展过程展开深入分析,分析结果表明:在直流双极短路和单极接地故障期间,MMC-HVDC系统正、负极直流母线电压与MMC上、下桥臂电压的直流分量不匹配,导致桥臂电容迅速放电,进而引起系统严重过电流.因而提出在直流故障期间将MMC上、下桥臂实行分离控制,并使上、下桥臂电压的直流分量跟随正、负极直流母线电压而变化,从而实现MMC-HVDC系统直流故障下的安全、稳定运行,所提控制策略实现了MMC-HVDC系统三种直流故障穿越控制的有效简化和统一.另外,为提升直流单极接地和断线故障条件下MMC-HVDC系统的经济运行能力,进一步提出了一种新型功率指令优化策略.最后基于PSCAD/EMTDC仿真证明了所提MMC-HVDC系统直流故障控制策略以及功率指令优化策略的正确性与可行性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)014【总页数】13页(P3306-3318)【关键词】模块化多电平变流器高压直流输电;全桥子模块;直流故障;故障穿越控制【作者】姚骏;谭义;裴金鑫;熊小伏;欧阳金鑫【作者单位】输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TM721随着全球能源危机以及环境污染的日益加剧，新能源的高效、合理开发利用势在必行。

基于模块化多电平换流器结构的柔性直流控制策略

国家电网公司重点科技项目（ＳＧＫＪＪＳＫＦ［２００９］６３３）。
高压电容器组．可以在半导体器件发生故障时避免桥臂直通故障桥臂电抗器，Ｊ的使用有以下优点：
（１）限制故障时电流，发生短路故障，可以限制电
电压进行平衡控制．４＿．调制方式选择的研究表明］．采用合适的换流器控制方式可以降低器件开关频率．
类换流站的基础两电平或者ｊ电平结构受单个开关器件耐压限制．需要使用大量开关器件串联．对器件开通关断一致性、串联器件均压特性要求高－２Ｉ．模块
化多电平换流器（ＭＭＣ）使用子模块串联方式其电容
柔性直流基本的控制功能方面的要求
关键词：电压源换流器：控制：模块化多电平：动模
中图分类号：ＴＭ７２１．１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００９ — ０６６５（２０１３）０卜０００５ — ０４
海南汇柔性直流输电示范工程参数．采用实际的上位
Ｌ
Ｂ
ｃ
机控制设备和阀控电子设备，对控制策略进行实时仿
真研究
１换流器拓扑
两电平或者三电平换流器结构的共同特点是在直流母线上并联电容器．一旦出现半导体器件故障

基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术

第1卷第1期2011年1月电力与能源基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术刘隽1,贺之渊2,何维国1,包海龙1,季兰兰2(1.上海市电力公司技术与发展中心,上海 200025; 2.中国电力科学研究院,北京 100192)摘要:介绍了基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术的基本原理,推导了系统主电路的电压电流关系,并给出了仿真验证;介绍了模块化多电平变流器的控制方式,给出了一种M M C的控制结构;介绍了世界范围内柔性直流输电工程的应用情况,以及上海南汇柔性直流输电示范工程的工程概况、系统运行方式及控制策略,并讨论了用于南汇工程的直接电流控制的原理图和控制系统结构。

关键词:模块化多电平变流器;柔性直流输电;控制方式;示范工程中图分类号:T M723 文献标志码:A 文章编号:2095-1256(2011)01-0033-07The Introduction of Technology of HVDC Based on Modular Mu lti level C onverterL I U J un1,H E Zhi y uan2,H E W ei guo1,B AO H ai long1,J I L an lan2(1.T echnolo gy and Development Center,SM EPC,Shang hai200025,China;2.China Electric Po w er Research Institut,Beijing100192,China)Abstract:In the paper,the essential w or king mechanism of mo dular multi lev el co nv erter used in the flexible HV DC techno log y is int roduced fir st ly.In addition,the vo ltag e and cur rent relatio nship of the main cir cuit is der ived,w hich ar e ver ified by a simulat ion.T hen the contro l metho d o f the M M C is intr oduced,and a co ntr ol st ructur e of M M C w as g iv en.T he applicat ion situatio n o f VSC-HV DC pro ject in w o rld is intro duced in de tail.T he general informat ion,sy stem o per atio n mode and the co rr esponding co nt rol str ategy of the Shang ha i Nanhui flex ible H VDC demo nstr ation pr oject are described in detail.Fur ther mor e,t he elementary diag ram and co nt rol system structure of the direct curr ent contr ol are discussed.Key words:M M C;flex ible H V DC;contr ol mo de;demo nstr ation pro ject传统的基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-H V DC)工程采用的低电平电压转换器(VSC)具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器和变压器等缺点,并存在串联器件的动态均压等难题,多电平变流器通过电压叠加输出高电压,并且输出电压谐波含量少,无需滤波器和变压器,为了克服上述问题,提供了一种新的方案。

基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统

基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统一、本文概述随着能源互联网的快速发展和可再生能源的大规模接入，轻型直流输电系统（Light Direct Current Transmission System, LDCTS）以其灵活、高效和环保的特点，逐渐成为电力系统中的重要组成部分。

其中，模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为LDCTS的核心设备，其性能直接影响到整个输电系统的稳定性和经济性。

本文旨在深入研究基于MMC的LDCTS的设计、控制及优化问题，为轻型直流输电系统的工程实践提供理论支撑和技术指导。

本文首先简要介绍了LDCTS和MMC的基本概念、发展历程和应用现状，阐述了研究基于MMC的LDCTS的重要性和意义。

接着，详细分析了MMC的数学模型、调制策略和控制方法，研究了MMC在LDCTS中的应用及其关键技术问题。

在此基础上，本文提出了一种优化的MMC 控制策略，通过仿真和实验验证了该策略的有效性和优越性。

本文还讨论了LDCTS的故障检测与保护、系统稳定性分析和优化运行等问题，为LDCTS的安全、可靠和高效运行提供了保障。

本文总结了基于MMC的LDCTS的研究成果和进展，指出了当前研究中存在的问题和挑战，并展望了未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，可以为轻型直流输电系统的进一步研究和实践提供有益的参考和借鉴。

二、模块化多电平变流器的基本原理模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的电压源型换流器，它结合了模块化设计和多电平技术，使得直流输电系统具有更高的效率和灵活性。

MMC的基本原理在于将传统的两电平或三电平换流器分解成多个低电压子模块（Submodule，SM），这些子模块可以独立控制并串联连接，从而构建出高电压、多电平的换流器。

每个子模块通常由绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和反向并联二极管（Diode）组成，通过控制IGBT的通断，可以实现子模块输出电压的灵活控制。

多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制

多端柔性直流输电（VSC—HVD系统直流电压下垂控制学院：姓名：学号：组员：指导老师：日期：摘要：多端柔性直流输电系统（voltage sourcedconverter basedmulti-terminal high voltage direct current transmission ， VSC-MTD（与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。

下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。

本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC系统中下垂控制参数对直流电压与电流（功率）的影响机理，研究满足MTDC系统功率平衡和直流电压稳定的V-I （V-P）下垂特性曲线。

关键词：VSC-MTDC下垂控制模块化多电平换流器一、引言基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC的高压直流输电（High Voltage Direct Current ，HVDC 技术（HVDC based on VSC VSC-HVD，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。

MTDC系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式［1］。

并联接线的MTDC系统中所有VSC工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。

多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。

单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。

高压直流输电系统的电力电子控制

高压直流输电系统的电力电子控制电力电子技术在现代电力系统中起着至关重要的作用，特别是在高压直流（HVDC）输电系统中。

HVDC技术通过将直流电能从一地点传输到另一地点，具有高效、长距离、低损耗等优势，因此在远距离能源传输和互联网交互方面得到广泛应用。

本文将详细讨论HVDC系统中的电力电子控制，包括主要的控制策略和关键技术。

一、HVDC系统概述HVDC系统是通过将交流电能转换成直流电能，再将其传输到目标地点，再转换成交流电能供应给终端用户。

由于其双向传输的能力，可实现间歇化和平续化的输电方式，使得电力网间的互联互通得以实现。

HVDC系统通常由两个重要部分组成：换流站和线路。

二、HVDC控制策略1. 电压源换流器（VSC）控制策略VSC作为HVDC系统中的关键组件，通过控制其输出电压的幅值和相位，实现将交流电压转换为直流电压，并确保传输过程中的电流稳定。

基于VSC的控制策略通常包括电压控制、电流控制和功率控制等。

2. 直流谐振器控制策略直流谐振器用于消除HVDC系统中的直流电压谐波，防止谐波传输到交流侧。

通过合理的控制直流谐振器参数和谐波抑制技术，可以有效降低谐波对电力系统的影响。

3. 终端电压控制策略HVDC系统的终端电压控制是为了保证系统稳定运行和终端电压的合格供应。

该策略可通过反馈控制和前馈控制相结合的方式实现。

其中，反馈控制主要用于响应系统的快速动态特性，前馈控制则用于消除系统的静态误差。

三、HVDC关键技术1. 功率半导体器件HVDC系统中的功率半导体器件起着关键的作用，如晶闸管、IGBT等。

这些器件具有高压、高功率和高可靠性的特点，用于实现电压和电流的控制。

2. 数字信号处理技术HVDC系统中采用数字信号处理技术，可以实现对电流和电压等参数的测量和控制。

数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等技术的应用，提高了HVDC系统的可靠性和性能。

3. 快速控制技术由于HVDC系统的传输速度很快，对于电力电子控制的响应速度要求非常高。

模块化多电平换流器型高压直流输电的非线性解耦控制

摘要：模块化多电平换流器（ＭＭＣ）是轻型直流输电的一种新型拓扑。本文介绍了ＭＭＣ的拓扑
结构及工作原理。在考虑桥臂电抗基础上推导出了ＭＭＣ的电磁暂态模型，并设计了基于精确反馈线性
化的ＭＭｃ — ＨＶＤＣ非线性控制器。输电线路整流侧采用定有功功率和定无功功率控制，实现了有功功
ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔ（ＭＭＣ）ｉｓａｎｅｗｔｏｐｏｌｏｇｙｉｎＶＳＣ— ＨＶＤＣ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙ
Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ－ｄｅｃｏｕｐｌｅＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｉＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＨＶＤＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆＭＭＣ— ＨＶＤＣｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｇｌｏｂａｌｆｅｅｄｂａｃｋｌｉｎｅａｒｉｚａ —

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]。

基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统

ＭＭＣ系统数学模型的建立
ＭＭＣ模块的结构如图１．所示。Ｓ。和Ｓ。代表
绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）、集成门极换流晶闸管（ＩＧＣＴ）等大功率可控电力电子开关；Ｃ。代表模块
直流侧电容，其电压为魄。由ＭＭＣ模块结构可以
看出，通过控制开关Ｓ。和Ｓ。，可以使直流侧电容Ｃａ从桥臂投入或者切除，相应的输出电压‰。等于硼。或者为０。为防止电容Ｃ。短路，Ｓ。和ｓｎ开关状态为互余，并在开关过程加入死区控制。由此得到ＭＭＣ的模块级控制：
收稿日期：２００９一ｌＯ一１９；修回日期：２００９—１１一１３。台达电力电子科教发展基金资助项目（ＤＥＲ０２００７００９）。
构成。以Ａ相为例对ＭＭＣ进行建模。
一５３—
万方数据
电
力
最
优
自
动
让
的秩为２，因此还需要另外一个限定条件。由于三相ＭＭＣ是应用在轻型直流输电系统中的，直流电缆正负极的对地电压、厂ａ。和ｙａ。应满足关
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图１一个ＭＭＣ模块的结构ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａＭＭＣｓｕｂｍｏｄｕｌｅ
由ＭＭＣ模块组成的三相变流器结构如图２所示。Ｖ。。为直流侧等效负载中点。ＭＭＣ每相共２，ｚ个模块，上下桥臂各由，ｚ个模块和限流电抗Ｌ。
若某时刻各相投入的ＭＭＣ总模块数不相等，将会出现相间环流和有功功率流动，进而引起各相模块电容电压的较大波动。为避免这种情况，各相
（３）（４）
Ｓ。。＋Ｓ。。＝咒。＝ｃｏｎｓｔ
由式（４）可知，当下桥臂投入一个模块时，为了保证总投入模块数不变，上桥臂必须同时切除一个模块。由此可以得出，对于每相有２姐个模块的ＭＭＣ而言，其输出电平数为竹＋１。ＭＭＣ应用在输电系统中时，变流器的交流侧不经过变压器而直接连入三相交流系统，因此不存在共模电压，三相输出电压和为０。可得直流电缆负极电压巩。表达式：

7、模块化多电平HVDC输电系统子模块电容值的选取和计算

第35卷第1期电网技术V ol. 35 No. 1 2011年1月Power System Technology Jan. 2011 文章编号：1000-3673（2011）01-0026-07 中图分类号：TM 72 文献标志码：A 学科代码：470·4054模块化多电平HVDC输电系统子模块电容值的选取和计算王姗姗1，周孝信1，汤广福1，贺之渊1，滕乐天2，刘隽2（1．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2．上海市电力公司，上海市浦东区 200122）Selection and Calculation for Sub-module Capacitance inModular Multi-level Converter HVDC Power Transmission System WANG Shanshan1, ZHOU Xiaoxin1, TANG Guangfu1, HE Zhiyuan1, TENG Letian2, LIU Jun2(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;2. Shanghai Municipal Electric Power Company, Pudong District, Shanghai 200122, China)ABSTRACT: The mathematical relation between the value of sub-module capacitance and operational characteristics of HVDC system is analyzed in four aspects, i.e., the steady-state energy conversion process, dynamic response process of active power control and transient energy conversion process in modular multi-level converter HVDC power transmission system as well as the requirement to bridge arm protection during bipolar short-circuit fault, is researched. Based on the result of theoretical analysis, the principle and calculation method for the selection of modular multi-level sub-module capacitance are given. Usually, the value of the sub-module capacitance is calculated according to the voltage fluctuation and the requirement to dynamic response characteristic of active power control, and the calculation result is verified by transient voltage fluctuation of sub-model and the requirement to the bridge arm protection. Utilizing the model based on electromagnetic transient simulation software PSCAD, a practical design case is simulated, and simulation results show that the proposed selection principle and calculation method are reasonable and feasible.KEY WORDS: voltage source converter; HVDC power transmission; modular multi-level converter (MMC); sub-module capacitance; parameter design摘要：从模块化多电平柔性直流输电系统稳态能量交换过程、有功功率控制动态响应特性、暂态能量交换过程及直流双极短路故障时桥臂保护要求4个方面分析了子模块电容值与直流系统运行特性之间的数学关系。

2024年高压直流输电系统(HVDC系统)市场策略

2024年高压直流输电系统（HVDC系统）市场策略引言随着能源需求的增长和可再生能源的发展，高压直流输电系统（HVDC系统）在能源领域的应用得到了广泛关注和重视。

HVDC系统以高效率、大容量和低损耗的特点，成为现代电力系统中的重要组成部分。

本文详细研究HVDC系统的市场策略，包括市场定位、目标用户、竞争优势以及推广和销售策略等方面，以指导相关企业在该领域的发展和竞争。

市场定位HVDC系统作为一种能源传输解决方案，其市场定位应着眼于为全球能源行业提供可靠、高效、可持续的能源输送技术。

着重于以下几个方面的市场定位： 1. 提供节能环保解决方案：HVDC系统通过降低能源损耗，减少对传统能源的依赖，推动可再生能源的应用，从而实现节能环保目标。

2. 支持大容量能源传输：HVDC系统具有高电压、高容量的特点，可以满足大规模能源输送的需求，例如跨国跨区域的能源传输项目。

3. 提供稳定可靠的能源供应：HVDC系统可以通过调整电力负载，实现对稳定电力供应的控制，从而确保供电安全和可靠性。

目标用户HVDC系统的目标用户主要包括以下几个方面： 1. 国家能源公司和电力供应商：这些企业通常有着大规模的能源传输需求，可以成为HVDC系统的主要用户和合作伙伴。

2. 可再生能源开发商：HVDC系统在可再生能源领域的应用潜力巨大，与可再生能源开发商合作，可以加速该领域的发展和推广。

3. 跨国能源输送项目合作伙伴：面对跨国能源输送项目，HVDC系统具有优势，与相关国际合作伙伴合作，拓展市场空间。

竞争优势HVDC系统在市场上具备以下竞争优势： 1. 技术领先：HVDC系统采用先进的电力传输技术，包括高压输电技术、电力转换技术等，具备较高的传输效率和稳定性。

2. 成本效益：HVDC系统的高效能、高容量特点能够降低能源传输成本，提高能源利用效率。

3. 环保节能：HVDC系统减少电能损耗、降低传输过程中的能源浪费，为可持续发展做出贡献。

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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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MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略张明光;李波【摘要】模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用.为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,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,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题.最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型.仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】4页(P66-69)【关键词】模型预测;MMC-HVDC;开关频率;子模块均压;滚动优化;排序算法【作者】张明光;李波【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种新型的电压源型换流器结构[1]，采用子模块SM(Sub-Module)级联型拓扑，其模块化结构易于扩展，可通过增加或减少串联子模块的数量，灵活地改变应用的电压等级[2]。

与传统两电平或三电平电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)相比，MMC开关频率较低，输出电流的谐波含量少，对电力电子开关的一致性要求较低[3-4]，在高压直流输电领域具有广阔的应用前景[5]。

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。

高压直流输电系统的控制策略研究

高压直流输电系统的控制策略研究引言高压直流输电系统（HVDC）是一种用于远距离电能传输的重要工具。

相对于传统的交流输电系统，HVDC具有更高的输电效率、更小的功率损耗以及更强的稳定性。

然而，HVDC系统的控制策略对于系统的运行和性能至关重要。

本文将探讨HVDC系统的控制策略研究及其对系统的影响。

1. HVDC系统的基本原理HVDC系统通过将交流电转换为直流电，再将其输送到需要的地方，实现长距离电能传输。

它主要由直流电源、换流器和滤波器组成。

其中，换流器起到将交流电转化为直流电，并反之，实现电能的双向传输作用。

滤波器则用于消除谐波和滤波噪声。

2. HVDC系统的控制策略2.1 电流控制策略HVDC系统的电流控制策略是确保直流电流的稳定性和可靠性。

电流控制策略的主要目标是调整换流器的开关状态，以控制电流水平。

常用的控制策略包括直接电流控制（DCC）和双闭环控制策略（DCLC）。

DCC是一种简单且易于实现的控制策略，但其对电流波动的响应较慢。

DCLC则通过闭环反馈控制，可以更好地跟踪和控制电流的变化。

2.2 电压控制策略HVDC系统的电压控制策略是确保在远距离传输过程中，维持稳定的电压水平。

电压控制策略通常通过调节换流器的输出电压来实现。

常用的控制策略包括调整逆变器的调制指数、控制逆变器的PWM频率和精确控制电阻。

这些控制策略可以确保电压的稳定性和可靠性，从而提高系统的性能。

3. 控制策略对HVDC系统的影响3.1 稳定性HVDC系统的控制策略对系统的稳定性有着重要影响。

合理的控制策略可以有效地抑制系统中的振荡和波动，提高系统的稳定性。

在电流和电压方面的控制策略能够减小电流和电压的波动，在改善系统动态响应方面起到关键作用。

3.2 效率HVDC系统的控制策略对系统的传输效率有着直接影响。

有效的控制策略可以减小系统的功率损耗，提高能量的传输效率。

通过调整电流和电压控制策略，可以实现系统的最佳性能，提高能量利用率。

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。