Topology and Control Strategy of Light-weight Modular Multilevel Converter with Half-wave Alternating

GAO Yuhua; WANG Chen; WANG Yi; ZHANG Zhen; XU Tong; SUN Yuwei

doi:10.7500/AEPS20221229003

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Topology and Control Strategy of Light-weight Modular Multilevel Converter with Half-wave Alternating

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Topology and Control Strategy of Light-weight Modular Multilevel Converter with Half-wave Alternating
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 17, Pages: 149-159(2023)
- 作者机构：
  
  河北省分布式储能与微网重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52207101);Hebei Provincial Natural Science Foundation of China(E2021502048)
- DOI：10.7500/AEPS20221229003
  CLC：
- Received：29 December 2022，
  
  Revised：2023-04-24，
  
  Published Online：27 July 2023，
  
  Published：10 September 2023
- 稿件说明：
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高玉华,王琛,王毅等.基于半波交替的轻型化MMC拓扑及控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):149-159.

GAO Yuhua,WANG Chen,WANG Yi,et al.Topology and Control Strategy of Light-weight Modular Multilevel Converter with Half-wave Alternating[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):149-159.
高玉华,王琛,王毅等.基于半波交替的轻型化MMC拓扑及控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):149-159. DOI： 10.7500/AEPS20221229003.

GAO Yuhua,WANG Chen,WANG Yi,et al.Topology and Control Strategy of Light-weight Modular Multilevel Converter with Half-wave Alternating[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):149-159. DOI： 10.7500/AEPS20221229003.

摘要

为了构造轻型化模块化多电平换流器(MMC)拓扑，基于桥臂交替导通思想和桥臂时分复用思想，分别在直流侧和交流侧引入导通开关和切换开关，提出了一种半波交替型模块化多电平换流器(HA-MMC)。通过上、下桥臂导通开关和交流侧切换开关的相互配合，HA-MMC相单元交替运行于上、下桥臂导通复用模式，可实现对复用桥臂子模块的全周期交替时分复用，从而降低子模块数量需求。针对桥臂能量平衡问题，采用移相切换策略对2种桥臂导通复用模式进行控制，以拓宽HA-MMC的运行范围。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提HA-MMC拓扑的可行性及其控制策略的有效性。与常规MMC相比，HA-MMC的子模块数量最多可降低75%，实现了轻型化目标。

Abstract

To construct a light-weight modular multilevel converter (MMC) topology

based on the idea of alternate conducting and time-division multiplexing for arms

this paper proposes a half-wave alternating MMC (HA-MMC) by introducing conduction switches and transfer switches into the DC and AC sides

respectively. With the coordination of the upper and lower arm conduction switches and the AC-side transfer switches

each phase unit of HA-MMC alternately operates in the upper or the lower arm conducting and multiplexing modes. The time-division multiplexing of the submodules of the multiplexed arm can be realized in a full cycle

which can reduce the number of submodules. For the arm energy balancing

the phase shift switching method is adopted to control the two types of arm conducting and multiplexing modes

which expands the operation range of HA-MMC. The simulation results based on MATLAB/Simulink verify the feasibility of the proposed HA-MMC topology and the effectiveness of its control methods. Compared with the conventional MMC

the number of submodules of HA-MMC can be reduced by up to 75%

so the target of light weight is realized.

关键词

Keywords

references

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