能量自平衡型混合模块化多电平换流器等效建模方法

井航; 潘可盈; 赵峥; 许建中

doi:10.7500/AEPS20241217001

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能量自平衡型混合模块化多电平换流器等效建模方法

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 能量自平衡型混合模块化多电平换流器等效建模方法
- Equivalent Modeling Method for Energy Self-balancing Hybrid Modular Multilevel Converters
- 电力系统自动化 2025年49卷第21期页码：131-139
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市102206
  2.国网经济技术研究院有限公司，北京市102209
- 作者简介：
  
  井航(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新型电力系统电磁暂态建模。E-mail：1127392135@qq.com
  潘可盈(2001—)，女，硕士研究生，主要研究方向：新型电力系统电磁暂态建模。E-mail：pankeying110@126.com
  赵峥(1986—)，男，硕士研究生，主要研究方向：大规模新能源并网与高压直流输电技术。E-mail：zhaozheng@ chinasperi.sgcc.com.cn
  许建中(1987—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：高压直流输电和直流电网技术。E-mail：xujianzhong@ncepu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司总部科技项目(5100-202256486A-2-0-KJ)
- DOI：10.7500/AEPS20241217001
  中图分类号：
- 收稿：2024-12-17，
  
  修回：2025-04-03，
  
  网络首发：2025-06-19，
  
  纸质出版：2025-11-10
- 稿件说明：
移动端阅览
井航,潘可盈,赵峥等.能量自平衡型混合模块化多电平换流器等效建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(21):131-139.

JING Hang,PAN Keying,ZHAO Zheng,et al.Equivalent Modeling Method for Energy Self-balancing Hybrid Modular Multilevel Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):131-139.
井航,潘可盈,赵峥等.能量自平衡型混合模块化多电平换流器等效建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(21):131-139. DOI： 10.7500/AEPS20241217001.

JING Hang,PAN Keying,ZHAO Zheng,et al.Equivalent Modeling Method for Energy Self-balancing Hybrid Modular Multilevel Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):131-139. DOI： 10.7500/AEPS20241217001.

摘要

混合模块化多电平换流器(MMC)结合了半桥与全桥子模块的优势，在柔性直流输电工程中具有重要应用价值，但其故障时产生的盈余功率仍需通过耗能装置实现故障穿越。采用能量自平衡型子模块耗能具有建设成本低、占地面积小等优点，且可兼顾多种模态，不仅能实现耗能，还能抑制电容电压纹波。然而，PSCAD等仿真平台中已有的等效模型无法对新提出的能量自平衡型半桥、全桥子模块拓扑进行仿真。因此，文中根据戴维南等效原理，从子模块的端口出发，对能量自平衡型半桥、全桥子模块进行了等效建模，进一步建立桥臂等效模型，最终建立混合MMC等效模型。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的模型仿真对比表明，等效模型的稳态与暂态误差在4.2%以内，且其能量自平衡支路可完成预期功能，在仿真81电平MMC时，所提模型加速比可达3个数量级。

Abstract

The hybrid modular multilevel converter (MMC)

which combines the advantages of half-bridge and full-bridge submodules

has significant application values in flexible DC transmission projects. However

the surplus power generated during faults still requires energy dissipation devices for fault ride-through. The energy self-balancing submodule

characterized by low construction costs

compact footprint and multi-modal compatibility

not only achieves energy dissipation but also suppresses capacitor voltage ripple. However

the existing equivalent models in PSCAD and other simulation platforms cannot simulate the newly proposed energy self-balancing half-bridge and full-bridge submodules. Hence

according to the Thevenin equivalent theorem

the equivalent modeling is carried out on energy self-balancing half-bridge and full-bridge submodules starting from their ports. These submodule models are then aggregated to form arm equivalent model

ultimately constructing a hybrid MMC equivalent model. Comparative simulations on PSCAD/EMTDC simulation platforms demonstrate that the equivalent model maintains steady-state and transient errors below 4.2%

with the energy self-balancing branch functioning as designed. Notably

when an 81-level MMC is simulated

the speedup ratio of the proposed model exceeds 1 000 times.

关键词

Keywords

references

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