Submodule Voltage Sequencing Control Strategy of Nonagonal Modular Multilevel Converter for Offshore Low-frequency Transmission

CHENG Qiming; SHEN Zhichao; ZHANG Liang; WANG Hailun; WANG Weitao; QU Bogang

doi:10.7500/AEPS20240607003

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Submodule Voltage Sequencing Control Strategy of Nonagonal Modular Multilevel Converter for Offshore Low-frequency Transmission

Application Research | 更新时间：2026-02-28

- Submodule Voltage Sequencing Control Strategy of Nonagonal Modular Multilevel Converter for Offshore Low-frequency Transmission
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 23, Pages: 162-175(2025)
- 作者机构：
  
  上海市电站自动化技术重点实验室（上海电力大学自动化工程学院），上海市200090
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(62303301);Shanghai Key Laboratory of Power Station Automation Technology(13Z2273800)
- DOI：10.7500/AEPS20240607003
  CLC：
- Received：07 June 2024，
  
  Revised：2024-10-29，
  
  Online First：21 January 2025，
  
  Published：10 December 2025
- 稿件说明：
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程启明,沈治超,张梁等.面向海上低频输电的九边形MMC子模块电压排序控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(23):162-175.

CHENG Qiming,SHEN Zhichao,ZHANG Liang,et al.Submodule Voltage Sequencing Control Strategy of Nonagonal Modular Multilevel Converter for Offshore Low-frequency Transmission[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):162-175.
程启明,沈治超,张梁等.面向海上低频输电的九边形MMC子模块电压排序控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(23):162-175. DOI： 10.7500/AEPS20240607003.

CHENG Qiming,SHEN Zhichao,ZHANG Liang,et al.Submodule Voltage Sequencing Control Strategy of Nonagonal Modular Multilevel Converter for Offshore Low-frequency Transmission[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):162-175. DOI： 10.7500/AEPS20240607003.

摘要

九边形模块化多电平变换器(MMC)作为一种新型AC/AC变换器的拓扑结构，具有低频性、高可靠性、多端口等优点，在海上低频输电领域具有较好的应用前景。但在实际运行中九边形MMC的桥臂上存在不同频率的电气分量的耦合叠加，导致子模块电容电压产生低频波动。为了提高九边形MMC的抗干扰能力与子模块均压效果，文中根据九边形MMC的拓扑结构，分析了桥臂电压与电流的关系，建立了九边形MMC的数学模型。然后，分析了桥臂功率与端口功率之间的关系，提出了子模块电压排序控制方法，并与环流注入、环流抑制控制相结合，从而实现了桥臂中子模块电容电压均衡，提高了电流传输质量。最后，在MATLAB仿真软件和RT-LAB实验平台上搭建了九边形MMC系统，并模拟了稳态、电压变化、功率变化等多种工况，对比了子模块电压排序控制与常规子模块均压控制的效果，结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。

Abstract

As a new type of AC/AC converter topology

the nonagonal modular multilevel converter (MMC) has the advantages of low frequency

high reliability

and multiple ports

which has a good application prospect in offshore low-frequency transmission. However

during the actual operation

the coupling and superposition of electrical components with different frequencies on the bridge arms of the nonagonal MMC lead to the low-frequency fluctuations of submodule capacitor voltages. To improve the anti-interference capability and voltage balancing performance of submodules in the nonagonal MMC

this paper analyzes the relationship between the bridge arm voltage and current based on the topology of the nonagonal MMC and establishes a mathematical model for the nonagonal MMC. Subsequently

the relationship between the bridge arm power and port power is analyzed

and a submodule voltage sequencing control method is proposed. Combined with circulating current injection and suppression control

this method achieves voltage balancing of the submodule capacitors in the bridge arms and enhances the current transmission quality. Finally

a nonagonal MMC system is built on the MATLAB simulation software and the RT-LAB experimental platform. Steady-state

voltage variation and power variation conditions are simulated. The performance of the submodule voltage sequencing control is compared with the conventional submodule voltage balancing control. The results verify the effectiveness and feasibility of the proposed control strategy.

关键词

Keywords

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