T-type Alternate Arm Multilevel Converter with Fault Ride-through Capability and Its Modulation Strategy

Shiyuan FAN; Heya YANG; Huan YANG; Wuhua LI; Rongxiang ZHAO; Feng XU

doi:10.7500/AEPS20200629006

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T-type Alternate Arm Multilevel Converter with Fault Ride-through Capability and Its Modulation Strategy

Special Topic on Key Technologies of Flexible Interconnected Distribution Network | 更新时间：2025-06-16

- T-type Alternate Arm Multilevel Converter with Fault Ride-through Capability and Its Modulation Strategy
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 8, Pages: 41-50(2021)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江省杭州市 310014
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China;Sate Grid Corporation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200629006
  CLC：
- Received：29 June 2020，
  
  Revised：2020-10-30，
  
  Published Online：15 January 2021，
  
  Published：25 April 2021
- 稿件说明：
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范世源,杨贺雅,杨欢等.具有故障穿越能力的T型桥臂交替多电平换流器及其调制策略[J].电力系统自动化,2021,45(8):41-50.

FAN Shiyuan,YANG Heya,YANG Huan,et al.T-type Alternate Arm Multilevel Converter with Fault Ride-through Capability and Its Modulation Strategy[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):41-50.
范世源,杨贺雅,杨欢等.具有故障穿越能力的T型桥臂交替多电平换流器及其调制策略[J].电力系统自动化,2021,45(8):41-50. DOI： 10.7500/AEPS20200629006.

FAN Shiyuan,YANG Heya,YANG Huan,et al.T-type Alternate Arm Multilevel Converter with Fault Ride-through Capability and Its Modulation Strategy[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):41-50. DOI： 10.7500/AEPS20200629006.

摘要

针对常规模块化多电平换流器(MMC)难以兼顾直流故障穿越能力与系统经济性的问题，提出一种T型桥臂交替多电平换流器(T-AAMC)及其调制策略，其直流桥臂采用半桥子模块并配合桥臂移相的新型调制策略，有效降低换流器建造成本与运行损耗，同时由全桥子模块串联组成的交流桥臂实现了直流故障穿越。首先

介绍了T-AAMC的拓扑结构，再基于各桥臂能量平衡条件，明确T-AAMC的桥臂移相调制策略，进而分析了T-AAMC的运行参数与硬件配置；同时，设计闭环控制系统，实现交直流桥臂能量的动态平衡；然后，将T-AAMC与现有的MMC进行了对比，相比于混合型MMC，T-AAMC在子模块数量、功率器件数量、电容取值上均实现了削减；最后，在MATLAB/Simulink中搭建仿真平台，验证了拓扑、调制与控制设计的有效性。所提T-AAMC在正常工况下能够实现宽范围、高效率的能量转换，同时具有直流故障穿越能力，可保障系统持续可靠运行。

Abstract

The conventional modular multilevel converter (MMC) is difficult to balance the DC fault ride-through capability and the system economy. Aiming at this problem

this paper proposes a T-type alternate arm multilevel converter (AAMC) and its modulation strategy. With the proposed new arm phase-shift modulation strategy

the DC arm of T-AAMC can be constructed by half-bridge sub-modules

which reduces the construction cost and operation losses. Meanwhile

the DC fault ride-through capability is realized by the AC arm constructed with full-bridge submodules in series. First

the topology of T-AAMC are described. The arm phase-shift modulation strategy is determined according to the energy balance condition of each arm

and the operation parameters and hardware configuration of T-AAMC are analyzed. Then

the closed-loop control system is also designed to dynamically balance the energy in AC and DC arms. Furthermore

a comprehensive comparison between T-AAMC and the existing modular multilevel converters is demonstrated. It is shown that

compared with the hybrid MMC

the submodule number

power device number and submodule capacitance of T-AAMC are all reduced. Finally

the proposed topology

the modulation method and the control design are verified by the simulation in the MATLAB/Simulink environment. The proposed T-AAMC can realize the energy conversion with a wide operation range and high efficiency under the normal condition

and it has the DC fault ride-through capability to ensure continuous and reliable operation of the system.

关键词

Keywords

references

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