基于全桥型MMC的直流融冰控制方法研究

蔡斌军， 李谭欣

(1.湖南工程学院 电气信息学院，湘潭 411104；2.湖南工程学院 风电装备与电能变换协同创新中心，湘潭 411104；3.湖南工程学院 风力发电机组及控制湖南省重点实验室，湘潭 411104；4.深能南京控股有限公司，南京 223943)

基于全桥型MMC的直流融冰控制方法研究

蔡斌军1，2，3， 李谭欣4

(1.湖南工程学院 电气信息学院，湘潭 411104；2.湖南工程学院 风电装备与电能变换协同创新中心，湘潭 411104；3.湖南工程学院 风力发电机组及控制湖南省重点实验室，湘潭 411104；4.深能南京控股有限公司，南京 223943)

冰灾的频繁发生使得直流融冰装置已经成为易覆冰地区电网中的常规设备.现有直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术，在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波，对接入交流系统带来一定影响.全桥型模块化多电平换流器具有直流电压、电流双向运行能力，可满足直流融冰对换流器运行工况的要求.将研究基于全桥型模块化多电平换流器(全桥型MMC)的直流融冰装置建模方法.对直流融冰装置主回路拓扑、参数，调制均压、控制策略进行全面研究，利用全桥型子模块(FBSM)可输出正、零、负模块电压的特点，研究如何实现输出电流、电压宽范围连续可调，以满足不同类型、长度线路的融冰需求，并利用PSCAD搭建全桥型MMC和LCC型直流融冰装置模型，对二者进行对比分析，验证了全桥型MMC直流融冰装置的优势，仿真结果验证了模型控制和方法的有效性.

直流融冰；全桥型MMC；电压谐波；连续可调

在各种电力系统遭遇到的自然灾害中，冰雪灾害是最严重的自然灾害之一.与其他事故相比，冰雪灾害对电网造成的损失一般情况下更为严重，轻则冰闪，重则塔倒线断，甚至电力网络瘫痪[1-7].

目前为了提高电网抵御冰雪灾害能力对线路进行除冰、融冰的方法和设备有多种.国内外已经提出的融冰方法一般分为四类：热力融冰、机械除冰、自然被动除冰及其他方法[8].机械除冰不容易操纵，自然被动除冰效率很低，由于传统方法均有不同程度的缺点，因此都无法对线路进行高效的除冰、融冰.而热力融冰的优点是短时融冰、操作简便、容易实施.热力融冰是一种将电能转变为热能的除冰技术，一般是在导线中通入电流使导线发热来达到融冰目的.可分为交流融冰和直流融冰[8].

LCC型直流融冰装置通过外部隔离开关的简单分合操作，可以实现无功补偿和直流融冰模式的转换，但是运行时产生谐波较大，响应速度略慢，需要安装较大容量的滤波器；LCC型直流融冰装置SVC运行时电压应力、阀损耗都较大，而且直流融冰兼无功补偿装置绝大部分时间运行于无功补偿模式，导致其综合运行效益大大降低.这些特点大大限制了LCC型直流融冰装置的应用范围[9-11].

基于全控H桥的电压源型换流器采用模块化多电平换流器(MMC)的每个子模块由控制灵活度更高的H桥子模块构成，按照一定的控制和调制规律输出正、零、负的模块电压，可以使得换流器直流侧电压能够在额定值与零之间连续可调，可在一定范围内针对不同长短的线路进行融冰，操作比较简单.同时在换流器输出较低直流电压和直流电流时，也可以保证换流器交流侧输出电压、电流的品质，当所串联H桥子模块数较高时，不会向所连接变电站交流母线馈入谐波.因此，基于H桥子模块的模块化多电平换流器具有直流电压和直流电流双向运行能力，可满足直流融冰对换流器运行工况的要求[11].

如上所述，基于全桥型MMC的直流融冰装置具有明显的优势.基于全桥型MMC的直流融冰装置具有如下特点：1)结构简单，无需专用连接变压器或移相变压器，可实现交流侧的多电平输出，无谐波问题，无需加装滤波器.2)输出电流、电压能宽范围连续可调[12],满足不同类型导线和不同线路长度的融冰需要.3)占地小、重量轻、操作简便、维护量少、经济性好、运行效率高.4)可兼顾变电站动态无功补偿的应用需求，以提高设备利用率，动态无功补偿模式与融冰模式转换操作便捷.本文主要研究MMC型直流融冰装置运行于直流融冰状态时的特性.

随着电压型换流器可靠性的逐步提高，价格的逐步下降，基于H桥电压源型换流器的直流融冰装置既可用于新建直流融冰工程，也可用于已建直流融冰工程中直流融冰装置的升级改造，对于直流融冰技术的发展进步具有十分重要的价值，具有很好的应用前景.

1 全桥型MMC直流融冰装置

1.1 直流融冰装置拓扑

全桥型MMC融冰装置的拓扑结构如图1所示，其左侧接交流系统，右侧接待融冰线路，从拓扑图可以看出融冰装置是一个单端MMC，交流通过全桥型MMC融冰装置转化为直流进而产生焦耳热来加热覆冰线路以此达到融冰目的[13].它包括三个相单元，每个相单元包含上、下桥臂.每个桥臂由N个相同的子模块(本文中子模块采用FBSM，FBSM结构如图1所示)串联组成[12, 14-16].FBSM是由4个IGBT(T1、T2、T3、T4)，以及4个反并联二极管(D1、D2、D3、D4)组成.根据IGBT及二极管的导通条件可得FBSM的工作状态如表1所示.

FBSM与双箝位型子模块(CDSM)和半桥型子模块(HBSM)本质的区别在于它可以在两种桥臂电流方向下输出负的电容电压，这大大增强了其控制灵活度，FBSM可以交替地输出VC、0和-VC三种电压[12,17].

同时，结合FBSM中IGBT的开关状态可知，无论工作在何种模式下，FBSM在输出零电压时对应两组开关组合，因此在其交替地输出0时，T1&T2和T3&T4应交替轮换导通，以使得子模块中4个IGBT的损耗尽可能平均分布，便于散热系统的设计[18].

1.2 滤波器参数计算

当在桥臂上加入环流抑制器时，如图1所示阀电抗Ls和滤波电抗Lf共同构成了桥臂电抗，与滤波电抗并联的是滤波电容Cf，因为环流从谐波成分上分析主要表现为二次谐波分量[19-20]，所以环流抑制器的设计主要是为了滤除二次谐波，环流抑制器的电路图如图1所示.

图1 全桥型MMC融冰装置简要拓扑结构

表1 FBSM的工作状态

滤波器的参数Ls，Lf，Cf的关系如公式(1)和公式(2)所示.

Cf=1/((2ω0)2(2Lf))

其中LTOT是常数，大小为0.0031 H，p表示Lf占LTOT的比例.

由公式(1)和公式(2)得

Ls=(1-p)LTOT

Lf=pLTOT

Cf=1/(8ω02pLTOT)

表2展示了不同p时的交流电压的THD，本论文选取p=0.25来配置滤波器中的LC，此时Ls=0.002325 H，Lf=0.000775 H.由于桥臂中二次滤波器的存在[20]，可以在不附加额外控制策略下，通过桥臂滤波器实现很好的环流抑制效果.

表2 环流抑制器L-C配置表

1.3 全桥型MMC工作原理

全桥型MMC相比于半桥型MMC，每个子模块由控制灵活度更高的FBSM构成，同时全桥型MMC特殊的运行机制可以保证换流器在输出较低的直流电压时其交流侧输出电压、电流仍然具备较高的品质，也即其输出电压调制比和直流电压利用率可以远大于1，这是与现在广泛应用于柔性直流输电系统的半桥型MMC具有本质的区别.

为了对全桥型MMC的工作原理有一个直观的了解，按照图1原理搭建模型，首先考察了一个简单的5电平全桥型MMC[21-22].每个相单元由8个子模块构成，上下桥臂分别有4个子模块，每个子模块额定电压为1 kV，额定运行时Udc为4 kV，upa和una分别代表上下桥臂电压.MMC在运行时，首先需要满足如下两个条件：

(1)在直流侧维持直流电压的稳定[22]，即

upa+una=Udc

(2)在交流侧输出三相交流电压.通过对三个相单元上、下桥臂投入的子模块个数以及上下桥臂输出电压正负的调节，即通过调节upa和una的大小和正负，达到交流侧输出电压uva为正弦波的目的.

uva=(una-upa)/2

图2为三相MMC工作原理图，由图2得，uva对应8个不同时间段，如表3所示.

图2 额定运行时5电平MMC工作原理

表3 uva8个不同时间段所对应的上下桥臂投入模式

由图2和表3可以清楚地看到，输出电压uva总共有5个不同的电压值，分别为-Udc/2、-Udc/4、0、Udc/4、Udc/2，即有5个不同的电平.当直流电压下降至2 kV运行，分析其运行原理，如图3所示.

图3中的uva共对应12个不同时间段，由于FBSM具有输出-VC电压的能力，使得上下桥臂输出电压的最低值均为-Udc/2，此时交流侧输出电压变为7电平，而且幅值由额定运行时的Udc/2变为了3Udc/4.所以，随着直流电压的下降，交流电压幅值越高，电平数越高，波形越好.

图3 直流电压为2 kV时的MMC工作原理

2 全桥型MMC直流融冰装置的控制方法

2.1 基本控制方式

2.1.1 全桥型MMC控制器设计

换流站的主电路由三相MMC组成，三相MMC系统在dq同步坐标系下可分解成2个互相耦合的子系统[23]，通过控制同步坐标d、q轴的电流id、iq来控制有功功率P和无功功率Q.MMC的控制从结构上可分为内环控制和外环控制，内环控制解决电流的快速跟踪控制问题，外环控制用于确定id、iq参考值的大小.

由于d、q轴变量互相耦合，因此电流内环采用前馈解耦控制策略[24-25].控制器设计为PI调节器.MMC外环控制器一般采用直流电压或有功功率控制器.本文中的控制器采用无功功率控制器和直流电压控制器.

MMC的控制器如图4所示，包括内环电流控制和外环电压控制.当直流电压逐渐降低时，FBSM中投入负电平的子模块数目增多，而且由公式(7)可知，直流电压越低，单个桥臂所能达到的直流电压最大值与最小值(最小值为负)的差值就越大，交流电压峰值越高，调制比的值也会越来越大，最后会远大于1，此时传统调制m上限值为1的定义已经不再适用，因此为了适应全桥型MMC能够输出负电平的能力，在本文中定义新的调制比m，其最大值远大于1，具体定义为：

其中N为每个半桥臂中的子模块数目，N0为子模块等效导通数目，N0由公式(10)计算得到.

其中uPEAK为交流相电压峰值.

图4 MMC控制器结构

2.1.2 全桥型MMC调制及均压算法

本文采用最近电平逼近控制(NLM)，图5是NLM的流程图，调制模块通过对桥臂调制波umref与桥臂内全部子模块电容电压平均值VCAV的比值取整，计算任意时刻MMC桥臂中所需导通的子模块数目N(t)[26].此处，触发后续的电容电压排序模块有两种方式[27]，一是实时控制触发，即在N(t)变化的时候触发；二是等间隔触发，即不论N(t)是否变化，按照很高的固定频率触发.本文搭建的全部模型均基于方式一所述的实时触发.

图5 NLC流程图

2.2 实现直流电压连续可调的方法研究

2.2.1 直流电压连续可调策略研究

在一定的环境条件下，直流融冰所需要的电源容量只取决于融冰线路的直流电阻和导线长度[28]，因此为了使所设计直流融冰装置更具工程实际意义，装置必须能够实现输出直流电压连续可调，即能够降压运行，以适应不同电压等级融冰线路的融冰.

而且又因为每个FBSM输出电压可以在正、零、负的子模块电容电压之间灵活切换，因此可以通过一定的控制和调制规律，通过不断调节每个桥臂投入的子模块数目，进而使得换流器直流侧电压可以在额定值与零之间连续大范围可调.

2.2.2 导通的子模块个数的选择

当调节直流电压，首先根据直流电压选择子模块等效导通个数，利用ceiling(向上取整)函数(为了避免单个子模块电压高于本文中所采用的子模块额定运行时的1 kV)选择子模块个数.公式(10)至公式(12)为在直流电压变化时如何选择子模块等效导通的数目.

N0=ceiling(Udc/Uc0)

Uc1=Udc/N0

N0=Npos+Nneg

其中，N0表示子模块等效导通数目，Npos表示上桥臂导通的子模块数，Nneg表示下桥臂导通的子模块数，Udc表示直流电压，Uc0表示额定运行时子模块电容电压，Uc1表示实际运行时子模块电容电压.

特别说明一下，由于本论文采用的是FBSM，所以上桥臂或下桥臂可能输出负电压，所以Npos或Nneg可能为负，例如上桥臂输出-5Uc1电压，下桥臂输出10Uc1电压，此时Npos就为-5，Nneg就为10，N0就为5.

由公式(10)至公式(12)得，当直流电压Udc从12 kV均匀变化到0 kV时，N0取值的变化规律如图6所示.

图6 N0随Udc变化的规律

由公式(10)和图6可知，每当直流电压下降到一个整数时，N0则减小1，从而得到一个阶梯波变化的子模块等效导通数目的计算值.

2.2.3 子模块电容电压变化规律

因为在直流电压变化时，首先通过选择N0的值，所以可以确保子模块电容电压值不会超过本文中的额定电压，也即1 kV.由公式(10)至公式(11)可知，Uc1永远小于Uc0，理想情况下直流电压变化时的子模块电容电压Uc1的变化规律如图7所示(其中Udc的变化规律与图6相同).

从图7中可以看出，随着直流电压的升高，通过公式(10)的计算可得，投入的子模块数目的增多，此时，每当数目变化时产生的子模块电压的波动会均匀分摊到更多的子模块中，所以子模块电容电压波动会越来越小，当达到一定数目时可以认为基本稳定在了1 kV附近.

图7 子模块电容电压Uc1的变化规律

3 仿真验证

为了验证所建立的全桥型MMC直流融冰模型和所设计控制策略的正确性，并进一步分析系统特性，在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了如图1所示的全桥型MMC直流融冰模型；并且搭建相应的LCC型直流融冰装置与全桥型MMC直流融冰装置进行比较，LCC型直流融冰装置的拓扑结构如图8所示.

图8 LCC型融冰装置简要拓扑结构

3.1 直流融冰装置参数

全桥型MMC直流融冰装置的参数如表4所示.

表4 直流融冰装置参数

搭建的模型额定运行时，变压器一次侧为220 kV，二次侧为10.5 kV，子模块电容电压为1 kV，待融冰线路等效为12 Ω电阻，在此基础上进行了仿真研究.每个相单元由30个子模块构成，上下桥臂分别有15个子模块.额定运行时的直流电压为12 kV，即N0为12.LCC型直流融冰装置的交流系统和直流系统参数与全桥型MMC直流融冰装置参数一致.

3.2 全桥型MMC桥臂环流抑制效果

图9 桥臂环流抑制效果图 (a)桥臂环流

图9、图10分别是在4 s投入环流抑制前后的桥臂环流、直流电压、无功功率、子模块电容电压波形图.

从图9(a)可以看出，当4 s时投入环流抑制后，桥臂环流幅值明显减小，证明了本文所采用的环流抑制器的可行性，而且不需要附加额外的环流抑制策略；而且此时直流电压和无功功率依然保持稳定的波形，几乎不受影响(如图9(b)、图9(c)所示).

图10 子模块电容电压

图10是子模块电容电压，当投入环流抑制时，可以看到子模块波动幅值变小，而且子模块电容电压中的二次谐波分量造成的畸变也减小了.

3.3 仿真模型的验证

3.3.1 LCC型直流融冰装置

LCC型直流融冰装置模型采用定直流电流控制，仿真过程中，1～2 s时，直流电流参考值为1 kA；2～10 s时，直流电流参考值由1 kA降至0.0417 kA，图11(a)～图11(d)分别是直流电压、触发角、有功功率和无功功率的波形图.

图11 LCC型直流融冰装置仿真波形图

图11(a)表示直流电压波形，由图可知，当直流电压(直流电流)的平均值小于某一定值时，直流电压(直流电流)波形会出现断续现象，这种电流断续将会在换流变压器、平波电抗器上产生很高的过电压，在工程中是不被允许的，因此，LCC型直流融冰装置的直流电压变化范围需要不断加大平波电抗器电感值来使其增大，变化范围有限.

图11(b)表示在直流电流下降过程中，触发角α的变化，α有正常运行时的20°一直上升至100°左右，在工程中已经不被允许了，而且随着α的不断增大，系统功率因数会降低，损耗会增大.

图11(c)和图11(d)表示有功功率和无功功率的变化规律，当有功类量(直流电流)变化时，无功功率也会变化，而且随着有功功率的减小，换流器注入系统的无功功率会呈现增加的趋势.

3.3.2 全桥型MMC直流融冰装置

上述仿真分析可得，LCC型直流融冰装置的直流电压连续宽范围调节能力有限，不能独立控制有功类量和无功类量，而且需要大量无功补偿装置，因此，本部分对全桥型MMC直流融冰装置进行分析研究，与LCC型直流融冰装置进行对比.

仿真过程中1～2 s时，直流电压参考值为12 kV；2～10 s时，直流电压参考值由12 kV降至0.5 kV，仿真时间为11 s，仿真步长为20 μs. 图12到图15分别是直流电压、子模块电容电压、无功功率、交流电压、交流电流和交流电压的THD.

图12 MMC型直流融冰装置仿真波形图

从图12(a)可以看出：当直流电压参考值连续大幅度下降时，本模型很好地验证了直流电压能够宽范围调节；图中当直流电压变化到额定子模块电容电压整数倍时，会有一个子模块数目的变化，因此会产生一个短时的直流电压波动，但是如果子模块数量达到一定程度后，这个波动则可以忽略不计.从而验证了本文直流电压能够实现连续大范围调节的策略的正确性.图12(b)为子模块电容电压测量值，与图7子模块电容电压理论值相比较，可以看出子模块电容电压在直流电压参考值下降过程中，子模块的最大值为1 kV，而且直流电压越大，子模块电容电压波动幅度越来越小，符合预期的变化规律.图12(c)表示在直流电压下降过程中，无功功率几乎不受影响，可与图11(d)进行比较，说明在有功类量变化时，全桥型MMC直流融冰装置能够保持无功类量的稳定，能够很好的实现和应用有功与无功的解耦控制.

图13 交流电压

图14 交流电流

图15 交流电压THD

图13和图14表示直流电压下降过程中的交流电压和交流电流，从图中可以看出波形很好，符合要求.从图15可得在直流电压下降过程中，交流电压的THD低于2%，本文搭建模型每个半桥臂包含15个FBSM，交流电压的THD已经低于2%.如果FBSM的数目继续增加，则交流侧波形会越来越好，因此全桥型MMC直流融冰装置正常运行时无需加装滤波器.

接下来通过模型验证全桥型MMC如何实现调制比远大于1.因为额定运行时，直流电压为12 kV，而每个半桥臂有15个FBSM，每个FBSM额定电压为1 kV.因此，根据上面理论分析：额定运行时，N0等于12，则上下桥臂的电压最低值为-3Uc0，也即-3 kV；最高值为15Uc0，也即15 kV，仿真波形如图16和图17所示.

图16 额定运行时上、下桥臂电压图

图17 额定运行时交流侧输出电压

从图16和图17可以看出，在模型额定运行状态下，上下桥臂的电压最大值和最小值分别为15Uc0和-3Uc0，也即15 kV和-3 kV.而且交流侧的电压波形为19电平，按照本文对调制比的定义，此时的调制比为1.5.要远优于半桥运行时的交流侧的波形，这一特点在直流电压很低时尤为突出.

在仿真验证中，将直流电压由12 kV降低至10 kV进行测试，得到的仿真波形如图18和图19所示.

图18 降压运行时上、下桥臂电压

图19 降压运行时交流侧输出电压

从图18和图19可以看出，在直流电压下降时，交流侧电压波形质量并没有像半桥型MMC那样下降，从而证明了上述全桥型MMC的优点，能够在直流电压较低时保证交流侧的波形，而且直流电压越低，交流电压电平数越高，波形越好.

4 结 论

基于全桥型MMC的直流融冰装置相比传统直流融冰装置具有其独特的技术优势.本文提出了全桥型MMC应用于直流融冰装置时的基本控制和调制算法，以实现直流电压连续宽范围调节，得到如下结论：

(1)全桥型MMC直流融冰装置最高可以输出2N+1电平，使得装置在正常运行时的THD非常低，无需加装滤波装置，这使得该直流融冰装置更具实用价值.

(2)直流侧输出电压能够宽范围连续调节.利用高灵活性的FBSM，通过一定的调制规律，能够实现直流电压在额定值与零之间连续调节.而且，直流电压越低，交流电压的波形质量越好.

(3)全桥型MMC直流融冰装置可独立控制有功功率和无功功率，因此本装置无需进行拓扑结构改变即可作为无功补偿装置运行，可以提高装置的经济性.

仿真结果很好地验证了所提出方法和模型的正确性.基于全桥型MMC的直流融冰装置具有很好的应用前景和工程实用价值.

[1] 王 超．输电线路直流融冰技术研究[D]．北京：华北电力大学博士学位论文，2011．

[2] Fan S，Jiang X，Shu L，et al．DC Ice-Melting Model for Elliptic Glaze Iced Conductor[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2011，26(4)：2697-2704．

[3] Jiang X，Fan S，Zhang Z，et al．Simulation and Experimental Investigation of DC ice-Melting Process on an Iced Conductor[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(2)：919-929．

[4] 申屠刚．电力系统输电线路抗冰除冰技术研究进展综述[J]．机电工程，2008，9(7)：72-75．

[5] 吴元华．输电线路覆冰的潜在危害及对策研究[J]．江苏电机工程，2008，1(16)：18-21．

[6] 刘有飞，蔡 斌，吴素农．电网冰灾事故应急处理及反思[J]．电力系统自动化，2008，9(8)：10-13．

[7] 傅 闯，许树楷，饶 宏，等．交流输电系统直流融冰装置设计及其应用[J]．高电压技术，2013，7(3)：705-711．

[8] 赵国帅，李兴源，傅 闯，等．线路交直流融冰技术综述[J]．电力系统保护与控制，2011，17(14)：148-154．

[9] 申屠刚，程极盛，江道灼，等．500 kV直流融冰兼动态无功补偿系统研发与工程试点[J]．电力系统自动化，2009，11(23)：75-80．

[10]薛英林，徐 政，傅 闯，等．500 kV固定式直流融冰装置的静止无功补偿器重构方案[J]．高电压技术，2011，12：3135-3142．

[11]梅红明，刘建政．新型模块化多电平直流融冰装置[J]．电力系统自动化，2013，37(16)：96-102．

[12]Zhao Chengyong，Xu Jianzhong，Li Tan．DC Faults Ride-through Capability Analysis of Full-bridge MMC-MTDC System[J]．Science China Technological Sciences，2013，56(1)：253-261.

[13]范松海．输电线路短路电流融冰过程与模型研究[D]．重庆大学硕士学位论文，2010．

[14]韦延方，卫志农，孙国强，等．一种新型的高压直流输电技术——MMC-HVDC[J]．电力自动化设备，2012，21(7)：1-9．

[15]Lesnicar A，Marquardt R．An Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for a Wide Power Range，the colloquium[C]．Power Tech Conference Proceedings，2003，6．

[16]王姗姗，周孝信，汤广福，等．模块化多电平电压源换流器的数学模型[J]．中国电机工程学报，2011，24： 1-8．

[17]许 烽，徐 政，郑 欢，等．一种基于模块化多电平换流器的三极直流输电系统[J]．电力系统自动化，2014，18(2)：70-78．

[18]屠卿瑞，徐 政，郑 翔，等．模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J]．高电压技术，2012，9(2)：547-552．

[19]张建坡，赵成勇，孙一莹，等．基于电压源换流器型直流输电拓扑结构和调制策略[J]．电网技术，2013，17(6)：1732-1738．

[20]Gemmell B，Dorn J，Retzmann D，et al．Prospects of multilevel VSC technologies for power transmission [C]．IEEE T&D Conference and Exposition，Chicago，USA，2008．

[21]敬华兵，年晓红，罗文广．一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究[J]．中国电机工程学报，2012，19：65-73．

[22]徐 政．柔性直流输电系统[M]．北京：机械工业出版社， 2012：30-32．

[23]管敏渊．基于模块化多电平换流器的直流输电系统控制策略研究[D]．浙江大学，2013．

[24]罗文广，张志学．背靠背四象限变流器控制方法的研究[J]．大功率变流技术，2009,3(6)：14-17．

[25]王立乔，齐 飞．级联型多电平变流器新型载波相移SPWM研究[J]．中国电机工程学报，2010，21(3)：28-34．

[26]Gnanarathna Udana N，Gole Aniruddha M，Jayasinghe Rohitha P．Efficient Modeling of Modular Multilevel HVDC Converters(MMC) on Electromagnetic Transient Simulation Programs[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2011，26(1)：316-324．

[27]管敏渊，徐 政，屠卿瑞，等．模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]．电力系统自动化，2012，6(2)：48-52．

[28]饶 宏，李立浧，黎小林，等．南方电网直流融冰技术研究[J]．南方电网技术，2012，17(2)：7-12．

Control of Full-bridge Modular Multilevel Converter for Dc Ice-Melting Application

CAI Bin-jun1,2,3, LI Tan-xin4

(1. College of Elect. and Information, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China;2. Hunan Institute of Engineering， CPC, Xiangtan 411104, China;3. Hunan Institute of Engineering， Hunan Provinicul Key Laboratory of Wind Generator and Its Control, Xiangtan 411104, China;4. Shenzhen Energy Group Limited Loy Share Ltd, Nanjing 223943, China)

Due to the high frequency of the ice disasters, Dc ice-melting device has become common equipment in the easy icing areas. The previous thyristor rectifier based on Dc ice-melting device consumes too much reactive power and outputs characteristic harmonics, which further affected the system stability when connected to Ac system. Full-bridge modular multilevel converter (FBMMC) has the ability of outputting bidirectional Dc-link voltages and Dc currents. This paper focuses on the control and valve based on modulation algorithms of FBMMC for Dc ice-melting applications. This paper firstly takes the advantage of the full-bridge sub-module (FBSM) which can output positive, zero and negative capacitor voltages, trying to make FBMMC output widely ranged and continuous-tuning Dc voltages and currents to de-ice the Ac conductors of different varieties and length. At the same time, the Ac-side voltages of FBMMC remain regulated and almost sinusoidal even when the Dc voltage is quite small. Finally electromagnetic transient model of the FBMMC and LCC based on Dc ice-melting device is simulated on PSCAD/EMTDC. The results have been compared and the effectiveness of the proposed control and modelling methods have been proved.

dcice-melting; full-bridge modular multilevel converter (FBMMC); voltage harmonic; continuously adjustable

2016-07-12

湖南省教育厅科研重点项目(16A048)；湖南工程学院人才工程项目(16RC006).

蔡斌军(1976-)，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：交流传动控制及多电机系统协调控制.

TM731

A

1671-119X(2017)01-0001-09