Topology and Control Strategy of Split-phase Cascaded High-voltage Large-capacity DC Transformer

WU Xiaodan; YIN Zihan; ZHU Haiyong

doi:10.7500/AEPS20230417002

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Topology and Control Strategy of Split-phase Cascaded High-voltage Large-capacity DC Transformer

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

- Topology and Control Strategy of Split-phase Cascaded High-voltage Large-capacity DC Transformer
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 17, Pages: 137-148(2023)
- 作者机构：
  
  1.南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市 211102
  2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2401100)
- DOI：10.7500/AEPS20230417002
  CLC：
- Received：17 April 2023，
  
  Revised：2023-05-23，
  
  Published Online：13 July 2023，
  
  Published：10 September 2023
- 稿件说明：
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吴小丹,殷子寒,朱海勇.分相级联大容量高压直流变压器拓扑及控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):137-148.

WU Xiaodan,YIN Zihan,ZHU Haiyong.Topology and Control Strategy of Split-phase Cascaded High-voltage Large-capacity DC Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):137-148.
吴小丹,殷子寒,朱海勇.分相级联大容量高压直流变压器拓扑及控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):137-148. DOI： 10.7500/AEPS20230417002.

WU Xiaodan,YIN Zihan,ZHU Haiyong.Topology and Control Strategy of Split-phase Cascaded High-voltage Large-capacity DC Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):137-148. DOI： 10.7500/AEPS20230417002.

摘要

文中提出一种分相级联大容量高压直流变压器拓扑，可有效满足包括光伏等新能源系统的接入及送出。该拓扑采用高压侧3个单相模块化多电平换流器（MMC）级联及中压侧三相MMC结构，通过400 Hz中频变压器进行电气隔离，可有效降低功率模组直流侧电容容值。为解决高压侧桥臂电容电压均衡的难题以提高拓扑运行的可靠性，提出了高、中压两侧解耦的控制策略。高压侧采用包括桥臂直流环流及中频环流控制在内的5层桥臂电容电压逐层控制方案，并通过3个单相

闭环控制建立中频交流电压。中压侧采用电流双序控制附加静止坐标系统下的电流直接控制以抑制桥臂内部环流。最后，搭建电磁暂态仿真模型，并通过稳态、动态及暂态实验全面验证所提拓扑及控制策略的有效性。

Abstract

This paper proposes a split-phase cascaded high-voltage large-capacity DC transformer topology

which can effectively meet the requirements for the connection and transmission of renewable energy such as photovoltaic system. This topology adopts three single-phase cascaded modular multilevel converter (MMC) on the high-voltage side and a three-phase MMC on the medium-voltage side. The DC capacitance of the power module can be effectively reduced through the 400 Hz intermediate-frequency transformer for electrical isolation. In order to improve the reliability of the topology operation by solving the capacitor voltage balance difficulties between the bridge arms on the high-voltage side

a decoupling control strategy for the high-voltage and medium-voltage sides is proposed. A 5-layer bridge arm capacitor voltage control scheme including bridge arm DC and intermediate-frequency circulating current control is adopted on the high-voltage side

and the intermediate-frequency AC voltage is established through three single-phase

V/f

closed-loop control. The medium-voltage side adopts double-sequence current control with additional instantaneous current control under the static coordinate system to suppress the circulation current between the bridge arms. Finally

an electromagnetic transient simulation model is established

and the effectiveness of the proposed topology and control strategy is comprehensively verified through steady-state

dynamic

and transient experiments.

关键词

Keywords

references

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