模塊化多電平換流器的交直流側阻抗模型

呂 敬，蔡 旭，張建文

（上海交通大學 風力發電研究中心，上海 200240）

0 引言

一方面，模塊化多電平換流器（MMC）因具有模塊化程度高、開關損耗低、輸出電壓畸變小等優勢，在高電壓大功率場合具有廣闊的應用前景［1-2］。另一方面，MMC復雜的內部結構使得對MMC的建模和控制變得相當復雜［3-4］。三相MMC包含6個橋臂，每個橋臂由若干個子模塊（在高電壓大功率場合，子模塊數可達成百上千個）和橋臂電感串聯而成，而每個子模塊又包含若干個半導體功率器件和緩沖電容器。因此，MMC的內部動態特性要比兩電平電壓源型換流器（VSC）復雜得多。而MMC中的內部環流、子模塊電容電壓波動、上下橋臂能量不均衡等，亦會直接影響MMC的交、直流側阻抗特性，進而影響基于MMC的電力電子系統的穩定性［5］。

基于阻抗的穩定性分析方法是一種分析復雜電力電子系統簡單有效的方法［6-10］。該方法將整個系統分割成若干個獨立的子系統，只需建立每個子系統的等效阻抗模型，然后根據奈奎斯特（Nyquist）穩定性判據判斷整個互聯系統的穩定性。因此，變流器的阻抗建模是應用基于阻抗的穩定性分析方法分析電力電子系統穩定性的先決條件。目前對于變流器阻抗建模的研究主要都是針對兩電平變流器［7-15］。文獻［9-10］考慮變流器雙閉環控制策略，分別推導了兩電平電壓源型換流器高壓直流輸電（VSCHVDC）系統交、直流側的dq軸阻抗模型，并利用基于阻抗的Nyquist穩定性判據研究了VSC-HVDC系統交、直流側的諧振問題。文獻［11-12］考慮系統反饋控制和鎖相環（PLL）動態，推導了兩電平并網變流器交流側dq軸阻抗模型，并分析了PLL對變流器交流側dq軸阻抗的影響。……