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发布：2026-06-14 22:47:34 · 事件：2026-06-14 22:47:34

来源： 《中国电力》2026年第5期 引用本文： 舒军, 易杨, 陈正丰, 等. 六边形变换器电容电压纹波抑制机理及控制策略[J]. 中国电力, 2026, 59(5): 109-117. SHU Jun, YI Yang, CHEN Zhengfeng, et al. Capacitor voltage ripple suppression mechanism and control strat...

设计电力系统

来源： 《中国电力》2026年第5期 引用本文： 舒军, 易杨, 陈正丰, 等. 六边形变换器电容电压纹波抑制机理及控制策略[J]. 中国电力, 2026, 59(5): 109-117. SHU Jun, YI Yang, CHEN Zhengfeng, et al. Capacitor voltage ripple suppression mechanism and control strategy for hexverter[J]. Electric Power, 2026, 59(5): 109-117. DOI:  1 0.11930/j.issn.1004-9649. 202602001 摘要 在低频工况下，为抑制六边形变换器（Hexverter）子模块电容低频电压纹波，须提升直流电容容量，致使变换器体积与成本显著增加。为降低对直流电容的设计需求，提出一种电容电压纹波抑制机理及控制策略。基于Hexverter交流正序网络模型，分析子模块电容的充放电功率特性，建立了电容电压纹波的解析模型。通过Hexverter零序网络模型，推导零序交流环流与零序转移功率之间的定量关系，阐明基于特定次零序交流环流注入的电压纹波抑制机理。在此基础上，基于传统Hexverter控制策略，提出含电压纹波抑制控制环节的Hexverter复合控制策略，实现对子模块电容电压纹波抑制。仿真结果表明，所提控制策略能够显著降低电容电压纹波，验证了该电压纹波抑制机理的正确性与有效性。 研究背景 六边形变换器（Hexverter）是一种新型模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC），无需中央直流母线即可实现直接交流/交流变换，具有良好的低频性能。因此，在电动汽车快充系统集成、多端口交流系统背靠背互联互通、电机驱动、低频输电等应用场景中具有巨大的潜力。 与其他MMC类似，为了将子模块直流电压的纹波限制在可接受的范围内，需要在每个子模块中配置一定容量的直流电容。以中国云南电网与南方电网主网±350 kV/1044 MV·A鲁西背靠背直流异步联网工程为例，其子模块直流电容为12 mF，质量和体积都占到了子模块的50%以上，成本可达总成本的40%。 尤其Hexverter在低频工况时，低频电压纹波的增加会显著提升对子模块电容容量需求，进一步增加系统体积与成本。因此，抑制Hexverter直流母线电压纹波，降低对子模块电容设计要求，对其实际工程应用具有重要意义。 针对Hexverter等MMC拓扑，已有部分文献从电容电压波动、环流与桥臂功率关系、纹波抑制与电容优化设计等角度展开了研究。然而，与传统MMC相比，Hexverter拓扑结构特殊，仅存在一条零序环流路径，控制自由度低，该环流是全系统的“全局环流”，具有“多目标、强耦合”特点。目前针对Hexverter的电容电压波动机理及纹波抑制方法的系统性研究仍较为缺乏。 本文针对Hexverter典型拓扑，提出了一种基于特定次零序交流环流注入法的电压纹波抑制机理及控制策略。基于Hexverter交流正序网络模型，分析子模块电容的充放电功率特性，建立电容电压纹波的解析模型。进一步通过Hexverter零序网络模型，推导零序交流环流与零序转移功率之间的定量关系，阐明基于特定次零序交流环流注入的电压纹波抑制机理。在传统Hexverter控制策略基础上，提出了一种含电压纹波抑制控制环节的Hexverter复合控制策略，最后利用仿真验证所提电压纹波抑制机理和控制策略的正确性与有效性。 Hexverter拓扑及建模 Hexverter典型拓扑结构如图1所示 。Hexverter直接连接交流系统Ⅰ和Ⅱ，Hexverter的6个桥臂支路首尾相连，每个桥臂支路由 n 个子模块和1个桥臂电感组成。 m ( m =1,2,⋯,6)为支路编号，  k ( k =1,2,3⋯, n )为支路中的子模块编号。 图1   Hexverter典型拓扑结构 Fig.1   Hexvertertolopogy Hexverter电容电压纹波抑制控制 本文设计的Hexverter的复合控制原理如图2所示，主要包括以下3个环节：1）多重解耦控制环节；2） 直流电压均衡控制环节；3） 直流电压纹波抑制控制环节。 图2   Hexverter复合控制原理 Fig.2   Block of compound control for Hexverter 在图2中，通过多重解耦控制环节，可以产生Hexverter的交流调制电压 且 ( k =1, 2, 3, ⋯, n 且 m =1,2,⋯,6)，实现Hexverter与两侧交流电网交换的有功 P Ⅰ 、 P Ⅱ 和无功功率 Q Ⅰ 和 Q Ⅱ 的解耦独立控制，以及所有子模块平均直流电压 u dc _ av 稳定控制；通过直流电压均衡控制环节，可以产生零序直流调制电压 ( k =1,2,3,⋯, n  m =1,2,⋯,6)，进而实现各桥臂支路电容平均直流电压 u m dc _ av ( m =1,2,3,4,5,6)以及桥臂支路内各子模块电容直流电压 u m dc _ k ( k =1,2,3,⋯, n  m =1,2,3,4,5,6)的均衡 。 在图2中，直流电压纹波抑制控制环节中，针对交流频率（ f Ⅰ − f Ⅱ ）的低频电压纹波，将Hexverter以及两侧交流系统的运行参数代入式（2），可以计算得到交流频率（ f Ⅰ − f Ⅱ ）的交流功率分量 再根据式（8）和（9）可计算获得奇数和偶数桥臂的零序交流调制电压 ( k =1,2,3,⋯, n m =1,2,⋯,6)。 将多重解耦控制环节所输出的交流调制电压、直流电压均衡控制环节所输出的零序直流调制电压以及直流电压纹波抑制控制环节所输出的零序交流调制电压等叠加到Hexverter的调制电压 ( k =1,2,3,⋯, n m =1,2,⋯,6)中，即可实现Hexverter与两侧交流电网有功和无功功率的解耦独立控制和相邻支路之间以及支路内子模块电容电压均衡的同时，实现直流电压纹波抑制控制。 结论 本文围绕Hexverter的子模块电容电压纹波抑制问题展开研究，提出了一种基于特定次零序环流注入的电容电压纹波抑制方法，得出如下结论。 1） 提出了Hexverter的奇数和偶数桥臂中的子模块电容直流电容电压纹波的解析模型，其奇数和偶数桥臂中的子模块电容直流电容电压纹波幅值相同而相位相反。 2） 推导了零序交流环流与零序转移功率之间的定量关系，通过控制零序交流环流可以控制奇数和偶数桥臂之间能量的转移，即零序转移功率。 3） 阐述了基于特定次零序环流注入的电压纹波抑制机理，利用特定次零序环流带来的零序转移功率，可以抵消奇数和偶数桥臂子模块电容电压的纹波。 4） 提出了一种含电压纹波抑制控制环节的Hexverter复合控制策略，并通过仿真验证了该控制策略对子模块电容直流电容电压纹波的抑制效果和适应性。 Hexverter有望为国网与南网、闽台等中压或高压的异步或异频的交流电网的互联互通提供解决方案。 作者简介 舒军 舒军（1987），男，硕士，高级工程师，从事电力电子技术在电力系统中的应用研究，E-mail：shujun@dongfang.com； 易杨（1984），男，通信作者，博士，高级工程师，从事电力电子技术在电力系统中的应用、多电平变换器等研究，E-mail：yiyang@fzu.edu.cn。 注：本文内容呈现略有调整，如需要请查看原文。 往期回顾 ◀  《中国电力》2026年第5期抢先看 ◀  云南电网有限责任公司 石恒初 等｜基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统设计 ◀  国网山东省电力公司 李娜 等｜电碳耦合市场下虚拟电厂与配电网协同优化运行模型 ◀  广东电网有限责任公司 曾瑞江 等｜数据稀缺场景下的配电网异常数据检测方法 ◀  国网冀北电力有限公司 王泽森 等｜虚拟电厂协同的自适应二次调频策略 ◀  “面向新型电力系统安全稳定运行的多元负荷可调能力与互动关键技术”专题征稿启事 ◀  “超高比例新能源系统电力电量置信平衡机制及多类型电源概率化规划技术”专题征稿启事 ◀  “‘双碳’目标下支撑能源转型的电价市场化改革与价格监管”专题征稿启事 ◀  “电力电子化电力系统故障控制与保护关键技术”专题征稿启事 编辑： 许新雨 校对： 于静茹 审核：张红宪 声明 根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编《中国电力》编辑部的作品，转载时要包含本微信号名称、二维码等关键信息，在文首注明《中国电力》原创。个人请按本微信原文转发、分享。欢迎大家转载分享。