分組動(dòng)態(tài)自調(diào)整的MMC電容電壓平衡策略及其在船舶中壓直流系統(tǒng)的應(yīng)用

趙燃 郭燚 趙怡波

摘要：為解決傳統(tǒng)基于排序法的模塊化多電平變換器（modular multilevel converter，MMC）電容電壓平衡策略計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、子模塊分配效率低等問(wèn)題，研究一種分組動(dòng)態(tài)自調(diào)整的MMC電容電壓平衡策略。根據(jù)各組子模塊電容電壓波動(dòng)范圍以及電流方向，該策略能實(shí)時(shí)向各組分配不同數(shù)量的子模塊，且能顯著地降低由排序帶來(lái)的計(jì)算量。經(jīng)仿真驗(yàn)證，對(duì)比子模塊不分組或平均分組的情形，所研究的策略既能快速運(yùn)行，又能保持組間和組內(nèi)子模塊電容電壓的穩(wěn)定，能進(jìn)一步提升船舶中壓直流（medium voltage direct current， MVDC）系統(tǒng)的整體效率。

關(guān)鍵詞： 電容電壓平衡策略; 模塊化多電平變換器（MMC）; 分組動(dòng)態(tài)自調(diào)整; 中壓直流（MVDC）

中圖分類號(hào)： U665.12 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Group dynamic self-tuning MMC capacitor voltage balancing

strategy and its application in ship MVDC system

ZHAO Ran， GUO Yi， ZHAO Yibo

（Logistics Engineering College， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China）

Abstract： To overcome long calculation time， low allocation efficiency of sub-modules and other problems for the classical sorting-based MMC （modular multilevel converter） capacitor voltage balancing strategy， a group dynamic self-tuning MMC capacitor voltage balancing strategy is studied. According to the voltage flucturate range and current direction of sub-module capacitors in each group， this strategy can assign different number of sub-modules to each group in real time， and significantly reduces the amount of computation caused by sorting. It is proved by simulations that： compared with non-grouping or average grouping situations for sub-modules， the studied strategy is of not only rapid operation but also the stability of the capacitor voltage of sub-modules among groups and in a group， which can further improve the overall efficiency of the ship medium voltage direct current （MVDC） system.

Key words： capacitor voltage balancing strategy; modular multilevel converter （MMC）; group dynamic self-tuning; medium voltage direct current （MVDC）

0 引 言

船舶中壓直流（medium voltage direct current，MVDC）系統(tǒng)具有功率密度高、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，解決了中壓交流系統(tǒng)無(wú)功功率損耗、電網(wǎng)諧波干擾、影響船舶電網(wǎng)穩(wěn)定性運(yùn)行等問(wèn)題。因此，MVDC系統(tǒng)成為未來(lái)船舶電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，模塊化多電平變換器（modular multilevel converter， MMC）作為一種新型變換器，具有模塊化程度較高、輸出諧波少、開關(guān)頻率低等優(yōu)點(diǎn)，目前被普遍應(yīng)用于高壓直流（high voltage direct current，HVDC）系統(tǒng)、機(jī)車牽引系統(tǒng)以及船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)等[2]。MMC技術(shù)的出現(xiàn)，很大程度上降低了電壓源變換器的制造難度和損耗，為柔性輸電系統(tǒng)的研究打開了新的方向。國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶MMC-MVDC系統(tǒng)的研究參考了技術(shù)較成熟的MMC-HVDC系統(tǒng)，并解決了一些應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[3]探討了負(fù)載變換器的阻抗特性以及與MMC相互作用的關(guān)系，所提出的MMC等效直流阻抗以及穩(wěn)定性分析方法，可預(yù)測(cè)船舶MVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定特性?！?br>