一种高性能低成本的中压异质器件混合型模块化多电平变换器及其控制策略

作     者：周志 涂春鸣 侯玉超 郭祺 任鹏 刘红文 杨金东 ZHOU Zhi;TU Chunming;HOU Yuchao;GUO Qi;REN Peng;LIU Hongwen;YANG Jindong

作者机构：国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)湖南省长沙市410082 云南电网有限责任公司电力科学研究院云南省昆明市650000 

出 版 物：《电网技术》 (Power System Technology)

年 卷 期：2024年第48卷第9期

页      面：3686-3694,I0046,I0047-I0049页

核心收录：

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52130704) 湖南省研究生科研创新项目(CX20230430) 

主　　题：模块化多电平变换器 Si IGBT SiC MOSFET 混合调制 稳压策略 

摘      要：针对少子模块数的中压模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)装置损耗、成本等指标难以综合提升的问题,该文提出一种基于Si基绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)和SiC基金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)混合的模块化多电平变换器,简称异质器件混合型模块化多电平变换器(heterogeneous device hybrid MMC,HDHMMC)。HDHMMC由全Si IGBT的低频模块和Si IGBT与SiC MOSFET混合的高频模块组成。针对此拓扑提出一种特定的高低频混合调制策略,充分发挥Si IGBT通态损耗低、SiC MOSFET开关损耗低的优势。此外,详细分析了高低频模块的能量波动机理,并针对高低频模块直流侧电容电压不稳定问题提出一种特定的稳压策略。仿真和实验结果验证了HDHMMC拓扑及其调制、稳压策略的可行性。最后,将HDHMMC与现有MMC拓扑进行损耗与成本对比,证明所提拓扑可以更好地平衡成本、效率、功率密度等性能指标。