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适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展 韦延方

发布时间:2016-09-25 08:25

  本文关键词:适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展,由笔耕文化传播整理发布。



 

高电压技术   第 3 8卷 第5期 2 0 1 2年5月3 1日
,V H i h V o l t a e E n i n e e r i n o l . 3 8,N o . 5,M a 3 1, 2 0 1 2     g g g g y  

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适用于电压源换流器型高压直流输电的模块

化 多电平换流器最新研究进展
韦延方 , 卫志农 , 孙国强 , 孙永辉 , 滕德红 ( ) 河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心 , 南京 2 1 0 0 9 8
, 摘   要 : 模块化多电平换流器 ( 为多电 平 换 流 器 家 族 中 的 一 员 , 其技术特点非 m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r MMC)     , 输 电 领 域。 常适用于电压源 换 流 器 型 高 压 直 流 ( v o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r h i h v o l t a e d i r e c t c u r r e n tV S C-HV D C)             g g g 为了分析 MMC 的最新研究进展 , 首先介绍了 MMC 的拓扑电路及 其 工 作 原 理 , 分析了其技术特点和应用领域, 比 较了其相对于传统 2 电 平 和 3 电 平 V 调制策略、 子模块电容 S C 拓 扑 的 优 势 所 在 。 然 后 分 别 从 MMC 的 数 学 模 型 、 , 均压 、 预充电 、 内部环流 、 控制方面 、 换流阀试 验 以 及 其 在 V 系 统 中 的 工 程 应 用 等 方 面 回 顾 了 MMC 目 S C-HV D C 前在国内外的最新研究进展和工程应用现状 , 并指出了 MMC 自身的缺 点 和 今 后 亟 待 研 究 的 关 键 问 题 。 已 有 的 研 是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向 。 究表明 , MMC 在电力系统中有着广阔的应用前景 , ; 电压源换流器 ( ; 高压直流 ( ; 数学模型 ; 调 制 策 略 ; 电 关键词 : 模块化多电平换流器 ( MMC) V S C) HV D C) 容均压 ; 预充电 ; 环流 : / D O I 1 0. 3 9 6 9 6 5 2 0. 2 0 1 2. 0 5. 0 3 1 . i s s n . 1 0 0 3 - j ( ) 文章编号 : 1 0 0 3 6 5 2 0 2 0 1 2 0 5 1 2 4 3 1 0 - - -

N e w P r o s e c t s o f M o d u l a r M u l t i l e v e l C o n v e r t e r A l i e d t o V o l t a e                 p p p g S o u r c e C o n v e r t e r H i h V o l t a e D i r e c t C u r r e n t T r a n s m i s s i o n             g g
,WE , , , WE I Y a n f a n I Z h i n o n S UN  G u o i a n S UN  Y o n h u i T E NG D e h o n       g g q g g g ( , , R e s e a r c h C e n t e r f o r R e n e w a b l e E n e r G e n e r a t i o n E n i n e e r i n i n i s t r o f E d u c a t i o n             g y g g M y     ,N ) H o h a i U n i v e r s i t a n i n 2 1 0 0 9 8, C h i n a   y j g  
: ( , A b s t r a c t T h e m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r MMC) i s a m e m b e r o f m u l t i l e v e l c o n v e r t e r f a m i l a n d i s s u i t a b l e f o r                         y ( b e i n a l i e d i n m u l t i l e v e l c o n v e r t e r t o o l o f o r v o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r h i h v o l t a e d i r e c t c u r r e n tV S C-HV D C)                       g p p p g y g g g     , t r a n s m i s s i o n d u e t o i t s m a n a d v a n t a e s . T o r e v i e w t h e r e c e n t a d v a n c e s i n t h e a r e a o f MMC t e c h n o l o w h i c h h a s                               y g g y   , , , h a l f b r i d e t e r m i n o l o e f i r s t l i n t r o d u c e d t h e t o o l o c i r c u i to e r a t i n e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d r i n c i l et               g g y w y p g y p g p p       a l i c a t i o n f i e l d s o f MMC, t h e n a n a l z e d t h e a d v a n t a e s o f MMC b c o m a r i n w i t h t w o l e v e l a n d t h r e e l e v e l V S C                               p p y g y p g     , c o n v e r t e r a n d d e s c r i b e d t h e l a t e s t r e s e a r c h a n d e n i n e e r i n a l i c a t i o n s t a t u s o f MMC, e s e c i a l l t h e r e s e a r c h o f                       g g p p p y     , , , , , , m a t h e m a t i c a l m o d e l m o d u l a t i o n s t r a t e a a c i t o r v o l t a e b a l a n c i n i r c u l a t i n c u r r e n t c o n t r o l r e c h a r e c         g y c p g g p g g   , ,w u t v a l v e s t e s t a n d t h e a l i c a t i o n i n V S C-HV D C.F i n a l l e f o r w a r d t h e d i s a d v a n t a e s a n d k e i s s u e s t o b e                           p p p y g y   s o l v e d o f MMC f o r t h e f u t u r e . I t i s s h o w n t h a t MMC h a s e x t e n s i v e a l i c a t i o n r o s e c t a n d i s o n e o f a n u r e n t l                                     p p p p g y   i m o r t a n t d e v e l o m e n t d i r e c t i o n f o r o w e r HV D C t r a n s m i s s i o n i n f u t u r e .                 p p p :m ;v ;h K e w o r d s o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r( MMC) o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r( V S C) i h v o l t a e d i r e c t c u r r e n t               g g g y   ( ;m ;m ; ; ; r e c h a r e HV D C) a t h e m a t i c a l m o d e l o d u l a t i o n s t r a t e c a a c i t o r v o l t a e b a l a n c i n c i r c u l a t i n c u r r e n t         p g g y p g g g  

0  引言
, 采用 电 压 源 换 流 器 ( v o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r     g ) , 和脉冲宽度调制( V S C w i d t h m o d u l a t i o n u l s e     p 技术的电压源换流器型高压直流( P WM) v o l t a e g ,V s o u r c e c o n v e r t e r h i h v o l t a e d i r e c t c u r r e n t S C           - g g ) 输电自提出以来 , 凭借其技术优势一直吸引 HV D C

着国内外众多学者和工程研究人员的高度关注 。 到 目前为止 , 世界范围内已有数十项 V S C D C 的工 -HV
] 1 5 - 。 程应用[

作为 V S C D C 输 电 系 统 最 为 核 心 的 部 件, -HV 如2电平、 多 V S C 具有多种不同的拓扑结构 , 3电平、 电平等 。 目前实际工程中 广 泛 采 用 的 V S C 多为2 电平拓扑 , 该结构本身存在着一些缺陷 , 如开关频率 过高而导致的较大损耗 、 电压等级低 、 绝缘栅双极晶 , 器件串 体管( a t e i n s u l a t e d b i o l a r t r a n s i s t o r I G B T)       g p 联引起的静态 、 动态均压和电磁干扰等 , 这些因素限 多 制了2电平拓扑在工程中的进一步应用 。 3电平、

基金 资 助 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 5 0 8 7 7 0 2 4; 5 1 1 0 7 0 3 2; ) 。 6 1 1 0 4 0 4 5 P r o e c t S u o r t e d b N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a               j p p y   ( ) 5 0 8 7 7 0 2 4, 5 1 1 0 7 0 3 2, 6 1 1 0 4 0 4 5 .

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, ( ) 2 0 1 2 3 8 5

电平拓扑常见的有二极管箝位型 、 飞跨电容型和级 其 中 二 极 管 箝 位 型、 飞跨电容型因受 联 H 桥 型, 难以模块 V S C 电平数目的限制而具有输出特性差 、 级联 H 桥型对于有功功率传输的场 化生产的缺陷 ; 合, 需要大量额外的独立直流电源 , 增加了其工程应 用的成本 , 并且其拓扑中不存在公共的直流正 、 负极
] 6 9 - 。 因而不适用于高压直流输电领域[ 母线,

, 扑( 只分析上述的双星型半桥类型 ) 阐述其在国内 而对其余拓扑类型的 MM 外的最新研究进展 , C不 ] , 作详细分析 , 有兴趣的读者可参阅相关文献 [ 1 2 1 3 - 如无特殊说明 , 本文中的 MM C 专指上述的双星型 半桥结构 。

1 C 的技术特点  MM
, 串联 MM C 由一系列的子模块( s u b o d u l e S M) -m 图1为三相( 组成, A 相、 B 相、 C 相) MM C 的拓扑结 构示意图 。MM 上、 下桥 C 每相单元共有 2 n个S M, 臂各由n 个相同的 S 如图 1 M 和 1 个电抗 L 组成, ( ) ( ) 所示, a Ud 为直流侧电压 。单个 S M 结构如图1 b ( ) 所示, 由上、 下2个I 图1 中的 S 和直流 G B T( b S 1、 2) 存储电容 C 组成, D D Uc 为 S M 1、 2 为反并联二极管 , ( ) 电容电压 。图1 为S c M 的简化示意图。 基于模块 化设计和实际生产的需要 , 图1中 MM C 的各 S M的 桥臂中的 6个电抗 L 也相同 , 额定值相同 , L 的主要 作用是抑制桥臂间的内部环流并降低换流器故障时 的电流上升率 。 MM C 每相的 2 n个S M 最多可以输出 2 n+ 1种 3 , ( ) , 电平 三相总共有 2 n+ 1 种电平输出状态 每种电 平状态对应 1个输出电压 。当某一个输出电压有偶 ( 奇) 数个冗余量时 , 称之为偶 ( 奇) 冗余。 从交流侧 看, 每相上 、 下桥臂所有 S 通过适当 M 串联在一起 , 控制 S 从而合成 M 的开断来输出近似正弦的电平 , 输出所期望的电压 , 该输出电压是所有 S M 输出电 ( ) 平的代数和 。S 中的开 M 开断的作用类似于图 1 c 关 K。稳态运行时 S M 的输出电压 USM 有 2 种电平 , 输出状态 : 如表1所示。 Uc 或0 相比于传统的 2电平和 3电平的拓扑 , MM C拓
] 1 4 2 4 - : 扑技术有着明显的优势[

为此, 德国慕尼黑联邦国防军大学的学者 R a i - n e r M a r u a r d t在 2 0 0 1 年提出了模块化多电平换流   q ] 1 0 , ) , 器( 拓扑[ 并研 m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r MM C     制了2MW、 1 7电平的试验样机 。MM C 通过子模块 串联构成换流阀 , 易于扩展 , 谐波畸变小 , 开关损耗 低, 在无功补偿 、 有源滤波器 、 电机拖动 、 电力牵引及 HV D C 等领域具有广阔的应用前景
[ ] 1 1

, 因此, 非常有

必要针对 MM C 的关键技术开展深入的研究 。 目前, 世 界 上 已 有 2 项 投 入 运 行 的 MM C型 西门子公司承建的美国旧金 V S C D C 实际工程 : -HV ) 山市( 的T S a n F r a n c i s c o r a n s B a C a b l e工程和中国     y   电力科学研究院在上海建立的南汇风电场柔性直流 输电示范工程 。MM C 目前虽然是广受关注的一个 热点, 但仍属一种较新的拓扑结构 , 实际工程应用尚 不充分, 对其当前的研究进展进行回顾和分析具有 重要的理论和实际意义 。 由于“ 模块化” 和“ 多电平” 概念无法包含确切的 拓扑信息 , 所以 “ 多电平换流器 ” 也仅是一个通用的 称谓, 对于由一系列功率半导体开关器件级联所组 成的换流器 , 称之为“ 级联多电平换流器 ” 抑或 “ 模块 化多电平换流器” 都是合适的 , 然而这对缺少电力电 子技术相关学科知识的部分读者而言 , 难以对二者 加以区别 , 甚至会引起不必要的误解 。 有鉴于此 , 本 文首先对 MM 技术特点和适用场合进 C 拓扑类型 、 [ ] 2 : 将 MM 行对比分析 , C 按不同结构分类为 1 ) 双星型半桥拓扑 , 有公共直流端, 可以工作在 1 整流和逆变的状态下 , 适用于 HV D C 等功率转换的 场合; ) 双星型全桥拓扑 , 有公共直流端 , 可以实现 4 2 象限运行 , 适用于 HV D C 等功率转换的场合 ; ) 星型拓扑 , 无公共直流端 , 适用于无功补偿和 3 储能系统的应用场合 ; ) 三角型拓扑 , 无公共直流端 , 适用于无功补偿 4 ; 和储能系统的应用场合 ) 适用于低压大电流功率变换的 5 D u a l型拓扑, 应用场合 。 本文旨在分析适用于 HV D C 领 域 的 MM C拓

图1 C 的拓扑结构示意图  MM F i . 1 S t r u c t u r a l d i a r a m o f MM C t o o l o           g g p g y

韦延方 , 卫志农 , 孙国强 , 等 .适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展 表1 S M 的开关状态   T a b l e 1 S w i t c h i n s t a t e s o f S M         g  
状态 1 2 S 1 闭合 断开 S 2 断开 闭合

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] 源, 建立了等效电路模型 。 在此基础之上 , 文献 [ 2 7 根据电路原理 , 虚拟短接三相等电位点 , 将每相桥臂
USM Uc


的2个电抗并联成1个, 得到了 MM C 的简化等效电 路理论模型 , 从而从理论上讲 , 所有传统 V S C 的控 制策略都可以直接用于 MM C 中。 但需注意的是, 而是用 MM C 等效电路理论模型不是一种实际电路 , 于 MM C 建 模 和 控 制 的 一 种 虚 拟 理 论 模 型。 文 献 [ ] 采用快速嵌套-同时求解算法 , 建立了 MM 2 8 C的 戴维南等效精确模型 , 保留了单个子模块的特性影 响, 该模型在不丧失精确性的同时 , 仿真时间也大为 减少, 其快速性也得到了保障 。 ] 文献[ 给出了 MM 基 2 9 3 1 C 的开关函数模型 , - 推导了桥臂 于任意时刻各相投入的子模块数相等 , 开关状态与 MM 文 C 交流输出电压的关系 。 此外, ] 献[ 建立了 MM 3 2 C 的线性和双线性状态空间模型 。 目前, 大部分文献的工作都是基于简化等效的 模型, 假设所有子模块性能一致 , 忽略了单个子模块 无法分析 MM 如控制系统 的影响 , C 的非正常运行 ( ; 故障或子模块故障等 ) 当用于 HV D C 等大功率场 仿真时间过 合时, MM C 含有的开关器件数量较大 , 长, 不适用于电磁暂态仿真程序的分析 ; 并且, 当前 对 MM C 的建模研究文献基本都是基于软件仿真分 析展开的 , 对基于 MM C 潮流计算的数学模型及相 关算法的研究尚显不足 , 而含 MM C型 V S C D C -HV 交直流系统的潮流计算是分析其稳态特性以及控制 运行方式的前提 , 也是分析其暂态特性和相应的控 制保护技术的重要基础 , 因而这方面的工作需要进 一步开展 。 2 . 2 C 的调制策略研究  MM 调制技 术 对 于 多 电 平 V S C 的 控 制 至 关 重 要。 多电平换流器的调制方式有多种 , 若电平数较少 , 则 为满足谐波要求 , 通常采用开关频率较高的多电平 如空间矢量 P P WM 方 式, WM 等。 但 要 应 用 于 换流器的电平数较多 , 往往 HV D C 等大功率场合时 , 在几十到上百个 , 必须要降低开关频率以减小损耗 。 适用于大功率场合的多电平调制方式一般有以下 3
] 1 1 : 种[ 空间矢量控制法 、 最近电平控制法和指定谐波

) 接近于标准的正 1 MM C 的输出波形非常平滑 , 弦电压 , 从而可节省系统谐波抑制设备的投资 , 有利 于简化系统的接线和电网设备的运行维护 。 ) 冗余设计 , 可合成 2 MM C 每相子模块的串联 、 输出所期望的电压等级 , 而无需 I G B T 器件的直接 串联, 避免了 2电平结构中器件串联所带来的静态 、 动态均压问题 。 ) 模块之间相互独 3 MM C 采用模块化结构设计 , 立, 不需同时导通 , 从而降低了桥臂电压和电流的变 使开关器件承受的应力大为下降 , 同时输出电 化率, 压的各次谐波含有率和电压 总 谐 波 畸 变 率 大 为 减 少, 降低了大容量交流滤波装置的需求 , 容易满足电 磁兼容指标 。 ) 从而使得单个器件的开 4 MM C 的电平数较多 , 关频率相 对 较 低 , 只 有 基 波 频 率 的 3 倍 左 右, 这为 MM C 在较大容量场合中的应用创造了条件 。 ) 由于在直流侧无需安装高压电容器组 , 且桥 5 臂上的 L 与分布式的储能电容器串联 , 所以使 MM C 在内部或外部故障下的浪涌电流被限制在较低的水 平, 从而为保护设备赢得了更多的动作时间 。 ) 利用 MM 当直流母线 6 C 子模块的冗余特点 , 侧发生短路故障时 , 可由同一桥臂的冗余子模块代 替故障的子模块 , 该替换过程的实现无需机械开关 , 增强了系统的可靠性 。 ) 可通过增减接入 MM 7 C 的子模块数量来满足 不同电压等级和功率等级的需要 , 易于扩展到任意 电平的输出 , 从而使容量升级更为容易 。 ) 8 MM C 结构的高度模块化使开关器件数量不 会随电平数的增加而呈现非线性增长 , 且可充分利 , 用标准化的工业器件 ( 如标准化的电容器等 ) 设计 简单, 利于集成化 、 减少成本和提高系统的可靠性 。

消去法 。其中前 2种方法在本质上是一样的 。 而指 定谐波消去法需要求解非线性方程组 , 并进行离线 计算和查表 , 且当电平数 >5 时算法将变得相当复
] 3 3 。 因而具有一定的局限性[ 杂,

2 C 研究及评价  MM
2 . 1 C 的建模研究  MM 对 MM C 的建模研究目前主要集中于等效简化 模型
[ ] 2 5 2 8 -

所谓 MM 切 C 的调制策略就是如何控制投入 、 除子模块使 MM C 输出的交流电压逼近调制波 。 文 ] 献[ 将P 并进行了现 3 4 3 6 WM 用于 MM C 的调制, -

、 开关函数模型

[ ] 2 9 3 1 -

和状态空间模型

[ ] 3 2

等。

] 文献[ 将串联的子模块等效为理想电压 2 5 2 6 -

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, ( ) 2 0 1 2 3 8 5

] , 场试验 。文献[ 将空间矢量 P 3 7 3 8 WM 用于 MM C - ] 但是对具体的实施方法分析较少 。 为此, 文献 [ 3 9 详述了其实现过程 , 并提出了一种通用的空间矢量 无论是 P P WM 算 法。 然 而, WM 还 是 空 间 矢 量 都有 可 能 因 开 关 频 率 过 高 而 带 来 较 大 的 损 P WM, 耗, 可能不适用于大功率场合 。 为减小开关损耗 , 文 ] 献[ 将最近电平控制方法用于 MM 4 0 4 1 C 的调制, - 提出了适用于 MM 但 C型 V S C D C 的调制策略; -HV 当电平数较低时 , 最近电平逼近调制性能不佳
[ ] 3 9

且其控制器具有较强的鲁棒性 , 但子模块均压需采 ] 采用载 用精确的子模块选择与排序处理 。 文献 [ 5 0 波移相方 法 , 各 子 模 块 单 独 控 制, 无需排序过程处 理, 但是调制器和控制器之间的数据交换量大 , 需用 , ) 加以实 数字信号处理 ( d i i t a l s i n a l r o c e s s i n D S P     g g p g ] 现。文献[ 采用闭环方法 , 通过测量各桥臂的总 5 1 电容能量和各子模块的电容电压实现电容的均压 。 闭环方法在子模块数量较多时因调制器和控制器之 ] 间交换的数据量大而比较难于实施 , 对此, 文献 [ 5 2 采用开环方法 , 通过估计总的电容能量来解决此问 题, 仅需要估计输出电流和直流侧电压即可实现 , 控 制效果优于闭环方法 。开环方法实施基于 2 个前提 一是描述换流器的动态方程具有稳定解 ; 二是 条件: 桥臂电流中无任何谐波分量 。然而无论是闭环方法 还是开环方法 , 均依赖于子模块的精确选择和排序 ] 处理, 有一定的局限性 。 文献 [ 通过理论分析和 5 3 试验比较 , 指出开环方法的桥臂电压响应速度最快 , 基于排序算法的均压策略较专门的电压控制器更易 于实现 , 因而在 HV 子模块数多的场 D C 等大容量、 ] 开环方法更有优势 。 此外, 文献 [ 基于载波空 合, 5 4 间排列 ( 方 d i s o s i t i o n c a r r i e r P WM, P D P WM) h a s e -     - p p 法, 研究了电容电压的均衡策略 。 文献 [ 提 出 了 一 种 适 用 于 MM 5 5] C型 V S C - 触发控制和子模 HV D C 的电容电压优化平衡策略 , 块电容电压排序分别采用高 、 低工作频率 , 在不明显 增加子模块电容电压波动的前提下 , 降低了器件的 开关频率 。 对于 MM 当前的方 C 的子模块电容均压问题 ,
] 5 5 : ) 法一般存在以下几点不足[ 未计及不同子模块 1



] 此外, 文献[ 采用状态空间模型的方法 , 对 4 2 4 3 - ] 采用基于 “ 幂和 MM C 的调制进行了分析 。 文献 [ 6 理论” 的 改 进 算 法, 提 出 了 适 用 于 MM C型 V S C - HV D C 的一种多电平基频开关调制策略 。 由于 MM 高电平数使得控制 C 的电平数较多 , 的复杂度大为增加 , 研究其较为适用的调制策略就 显得尤 为 重 要 , 目前文献所提出的以上几种用于 MM C 的调制策略都在一定程度上忽略了谐波的影 其适用性仍有待于进一步验证 , 因而如何有效计 响, 及谐波特性 , 提出更为适用的 MM 是接 C 调制策略 , 下来需要开展的工作 。 2 . 3 C 的子模块参数设计与均压控制  MM 如何设计合理的子模块电容和电抗的参数值 , 并保持各子模块电容电压的均衡 , 使各功率半导体 器件承受相同的应力 , 是决定新型 MM C 性能优劣 [ ] 4 4 的一个重要因素 , 并直接影响着 MM C 的经济性 。 ] 鉴于电抗 L 在子模块中的重要作用 , 文献 [ 4 5 对给定环流电流幅值下的电抗值进行了计算 , 并基 于直流侧严重故障情况时的某一电流上升率 , 提出 了对应的电抗参数的计算方法 。 子模块电容值一般由稳态时子模块电压波动小 ] 于某值的原则确定 , 文献 [ 从换流器桥臂功率脉 4 4 动与能量脉动的角度 , 通过子模块传感器以 m s级的 采样周期对各子模块电容电压进行周期性测量 , 利 用软件对各子模块电容进行分类 , 设计了子模块的 ] 电容参数 。 文献 [ 基于可编程逻辑门阵列 ( 4 6 f i e l d - , 设计了电容参数的 r o r a m m a b l e a t e a r r a F P G A)     p g g y 硬件测量电路 。以上文献对 MM C 子模块电容值的 分析均未充分考虑子模块电压的波动与运行状态的 ] 关系, 因而, 文献 [ 从 MM 4 7 C 子模块电压稳态与暂 态波动、 直流系统动态特性及直流双极短路时的安 全裕度等方面分析了子模块电容取值的原则 。 ] 文献[ 指出 MM 4 8 C 各个桥臂的电容具有均衡 ] 的电压是换流器正常运行的前提 。 文献 [ 采用直 4 9 接调制方法均衡电容电压 , 无需对换流器进行测量 ,

各子模块的投切不能同时完成 , 造 的初始投切状态 , ) 成总的直流电压波动 ; 子模块投切频率过高所导 2 ) 致的开关器件损耗 , 降低了 MM C 的经济性 ; 3 MM C 中较多的子模块造成对子模块电容电压的监测和排 序需要占用较多的时间 , 将在触发控制中引入较大 的延迟 , 降低了换流器跟踪调制波的速度 。 子模块的预充电) 2 . 4 C 的启动(  MM 使各桥臂 MM C 通过适当的电容电压控制方法 , 从而保 的能量均衡地存储在各个子模块的电容内 , 持众多子模块电容电压的均衡 , 而电容的能量存储 必然要求对电容预先进行充电 。 因此, 在 MM C投 需要向所有子模块的电容进行预充 入正常运行前 , 电的操作 , 使其电压由零上升到正常运行时的稳态 值附 近 , 之 后 再 将 MM C 投 入 正 常 运 行。 这 个 向 称为 MM MM C 的子模块电容进行预充电的过程 , C

韦延方 , 卫志农 , 孙国强 , 等 .适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

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的启动过程 , 此过程直接决定了换流器能否正常的
, ] 4 4 5 6 。 运行[

但建模和 V S C D C 的装置级控制和系统级控制 , -HV 控制中未考虑换流器中各个桥臂换流电抗的作用 。 ] 文献[ 计及交流系统与换流站交换功率的数 6 3 学关系, 应用图解法分析了交流电网的强弱程度对 MM C型 V S C D C 系 统 稳 态 特 性 的 影 响。 文 献 -HV [ ] 对 MM 6 4 C型 V S C D C 交流侧电压发生 的 不 -HV ] 对称故障进行了研究 。 文献 [ 在平衡和不平衡的 6 5 电网运 行 条 件 下 , 针 对 背 靠 背 两 端 MM C型 V S C - 。 [ ] 的动态特性进行了研究 文献 对 HV D C 6 6 MM C 型V S C D C 直流双极短路子模块过电流进行了 -HV ] 分析。文献[ 从对称和不对称故障等方面详细比 6 7 较了 V S C D C 和 MM C型 V S C D C 二者的性 -HV -HV ] 提出了一种多端 MM 能差异 。 文献 [ 6 8 C型 V S C - 进一步分析了其控制的灵活性和系统 HV D C 系统, 的可靠性 。 由于已有的控制方法都是基于每相投入的子模 块个数 2 所以直流侧电压 、 电流不能 n 不变的前提 , 冗 余 模 块 得 不 到 充 分 利 用, 对 此, 文献 直接控 制 , [ ] 在阀组级控制中合理安排投切子模块的个数 、 6 9 时机和选择方法 , 实现了 2 n 在一定范围内的调节 , 在 MM 无功 C型 V S C D C 系统级控制中以有功、 -HV 电流解耦控制和直流电流控制为内环 , 实现了交直 流侧电流的分别控制 。 由于目前的 MM C 模型都是基于软件分析而建 立的, 其精度不高, 影 响 了 MM C型 V S C D C的 -HV 控制性能 , 因而, 从 MM 参 C 自身的特性影响出发 , 考已有成熟的多电平换流器控制方法 , 探索适用的 此 MM C型 V S C D C 控制策略就显得尤为重要 ; -HV , 外 考虑到控制系统对 MM C型 V S C D C 系统运 -HV 从系统级控制 、 换流器控制 行性能的重要影响作用 , 和阀控制 3 个层次方面 , 分析各层的不同功能并设 计对应 的 控 制 器 , 进 而 进 一 步 研 究 多 端 MM C型 当前文献在这方面的研 V S C D C 系统的控制等 , -HV 究较为不足 。 2 . 7 C 阀的试验研究  MM 可关断器件阀是 V 须在投入使用前 S C 的核心 , 对阀进行相关的型式试验 , 以保证其安全可靠运行 。 但由于 V 所以须采取等效试验 S C 装置的容量较大 , 方法来进行阀的型式试验 。 对于不同的 V S C 拓扑
] 7 0 。 结构, 阀试验的对象不同 , 但等效试验方法类似[

] 文献[ 从 MM 考虑 4 4 C 拓扑的自身特点入手 , 到各子模块电容电压数值不太高 , 且换流器存在正 、 负直流母线 , 提出了一种外加辅助直流电源并结合 子模块开关器件动作的子模块电容预充电方式 。 此 适用于中低压领域 , 不足之处在 方法属于它励方式 , 于增加了额外的设备投资 , 不能实现同相上 、 下桥臂 间的同时充电 , 而且如果同时对三相桥臂充电 , 需要 提供的直流电源的容量就要相应增加 , 进一步加大 了该辅助直流电源的制造难度 , 从而限制了它励启 ] 动方式的应用 。 为此, 文献 [ 提出了一种直接利 5 6 在无需辅助直流电 用交流电网本身的线电压输入 、 减少了设备投资 , 源情况下自励启动 MM C 的方法 , 缩短 了 预 充 电 时 间 , 降 低 了 系 统 复 杂 度, 有助于 MM C 在各种高压大容量的实际工程的应用 。 2 . 5 C 的内部环流研究  MM 由于 MM C 的三相桥臂相当于并联在直流侧 , 所以当 各 个 桥 臂 之 间 的 电 压 不 完 全 一 致 时 , 将在 使得流过桥臂 MM C 的三相桥臂之间产生内部环流 , 的正弦电流发生畸变 , 增大了桥臂电流的峰值和系 统的损耗 , 提高了对器件额定容量的要求 , 如果对此 环流不 加 抑 制 , 就会引起暂态过程的不平衡与扰 动
[ , ] 5 1 5 7 5 8 -



] 文献[ 从能量平衡的角度对环流的产生机理 5 7 指出可以通过适当增大桥臂电抗的取 进行了研究 , 值, 将内部环流的大小限制在一定范围内 。 但是仅 采用增大桥臂电抗的方式 , 在实际工程应用中成本 ] 较高, 不可能完全消除环流 。 因而, 文献 [ 采用 2 5 8 倍频负序旋转坐标变换将换流器内部的三相环流分 解为 2 个直流分量 , 提出了一种专门用于抑制环流 的附加控 制 器 , 可 在 不 增 加 桥 臂 电 抗 的 情 况 下, 将 MM C 内部环流抑制在一个较低的水平 。 2 . 6 C 控制方面的研究  MM MM C型 V S C D C是新一代的 V S C D C -HV -HV 技术, 当前的文献对其稳定和故障状态下的行为进 行 了 初 步 的 理 论 分 析。 文 献 [ 对 MM 5 9 6 0] C型 - V S C D C 系统 的 静 态 和 动 态 行 为 进 行 了 分 析 。 -HV ] 文献 [ 指 出 MM 6 1 C型 V S C D C系统与 V S C -HV - 从高层到底层分为系统级 HV D C 的控制系统相同 , 换流器控制和阀控制这 3 个层次 , 各层的主要 控制、 功能不同 , 其中换流器控制结构又包含监测单元 、 中 ] 央控制单元和换流阀这 3 个单元 。 文献 [ 建立了 6 2 研究了 MM MM C 换流器系统的电磁暂态模型 , C型

等效试验的核心问题在于 , 如何在实验室中以较少 的代价, 尽可能真实地再现在各种运行工况下可能 作用在被试组件上的各种应力 , 以便正确评价被试
] 7 1 。文 献 [ ] 组件的耐 受 强 度[ 对 MM 7 0 7 2 C 阀的稳 -

1 2 4 8

高电压技术  H i h V o l t a e E n i n e e r i n     g g g g

, ( ) 2 0 1 2 3 8 5

态、 暂态运行试验方法 、 试验电路和试验等效性分析 验证了等效试验方法的正确性 。 等内容进行研究 , 虽然当前已有部分文献对 MM C 阀试验进行了 相关分析 , 但是该项工作的研究还处于起步阶段 , 需 要进一步开展面向实用化的研究与试验分析 。

统直流输电技术的方法来处理直流侧的故障 , 大幅 因而拥有十分广阔 度提高了 V S C D C 的可用率 , -HV 的应用前景 。 为建设 坚 强 智 能 电 网 , 我国国家电网公司在 柔性直流输电系统关键技术研究框 2 0 0 6年确定了 “ , 由此拉开我国在柔性直流输电关键技术领域研 架” 究的序幕 。 我国首条柔 2 0 1 1 年 3 月 2 日下午 5 点, 性直流 输 电 示 范 工 程 — 上 海 南 汇 风 场 站 ( 1 8 MW、 调试顺利完成 , 单站成功投入试运行 , 其换 ± 3 0k V) 。 目前, 流器采用的即为 MM 南汇 C 拓扑 ( 4 9 电平 ) 并 换流站已实现了动态电压支撑和无功实时补偿 , 已具备了输送直流功率的能力 。 2 0 1 1年7月2 5日 上午, 该示范工程投入正式运行 , 从而实现了我国柔 性直流输电工程零的突破 , 极大促进了我国柔性直 开发和推广应用 , 将成为我国柔 流输电技术的研究 、 性直流输电技术研究和工程应用的奠基石 , 并将成 为我国智能电网建设的重要标志性成果之一 。 目前我国规划中的柔性直流输电项目还包括舟 , 采用 山传统 HV D C 改造工程 ( 1 0 0 MW、 ±1 0 0k V) 海底电缆作为传输线路 ; 台湾金门岛供电 ( 2 0 0 MW、 , 建成后将每年减少台湾电网约 1 ± 1 5 0k V) 0 亿台 币的亏损 ; 大连电网将在 2 0 1 1 年开始兴建柔性直流 , 输电用于城市联网示范工程 ( 5 0 0 MW、 ±2 5 0k V) 建成投运后将成为世界范围内电压和功率等级最高 的柔性直流输电工程 。 此外, 规划中的大治柔性直
[ ] 6 。 流输电工程采用的也是 MM C 拓扑 7

3 C型 V S C V D C 的实际工程应用  MM -H
目前, 国内外已有数项已经投入运行 、 在建或规 划中的 MM C型 V S C D C 实际工程 。世界上第 1 -HV 个采用 MM C 的直流输电工程是由西门子公司承建 的T 用于向旧金山供应电力 , 可 r a n s B a C a b l e工程,   y   以缓解输电走廊紧张的 供应旧金山市 4 0 % 的电力, 压力。该工程已于 2 因它 0 1 0 年年底实现联网运行 , 具有电压支撑能力 , 所以该工程的投运增强了已有 系统的稳定性与可靠性
[ ] 7 3

, 表2为 T r a n s B a C a b l e   y  

: / / 工程的基 本 技 术 指 标 , 其 详 细 介 绍 网 站 为: h t t p / 。 w w w. t r a n s b a c a b l e . c o m r o e c t t i m e l i n e - y p j
表2 r a n s B a C a b l e工程的基本技术指标  T   y   T a b l e 2 a s i c t e c h n i c a l s e c i f i c a t i o n o f T r a n s B a C a b l e P r o e c t    B             p y j  
指标 工程名称 国家 , 城市 经营者 换流站名称 换流器拓扑 制造商 主要用途 投运时间 额定功率 直流电压 阀类型 直流传输线 说明 T r a n s B a C a b l e工程   y   美国 , 旧金山市 美国加州独立系统运营商( C A I S O) 匹兹堡 - 旧金山换流站 ( 每个桥臂由 2 MM C 0 0个子模块构成) 西门子公司 用于从匹兹堡向旧金山输送电力 2 0 1 0年 1 1月 4 0 0 MW ± 2 0 0k V I G B T 8 5k m 海底电缆

4  结论
虽然 MM 但其自身 C 具有诸多技术上的优势 , 比 如 在 同 样 的 直 流 电 压 等 级 下, 还有 不 足 之 处 , 经济性略 MM C 的开关器件数为 2电平拓扑的 2 倍, 低。目前, 对 MM 然 C 的研究已取得了一定的成果 , 而结合我国直流输电技术的发展现状 , MM C 相关技 术仍有需要进一步完善和发展的方面 , 主要包括以 下几点 : ) 对 MM 1 C 的有效分析是建立在不同运行工况 下其合适的稳态和暂态模型基础之上的 , 而现有文 献的 MM C 模型基本是建立在简化等效的基础之上 精确度不高 , 影响了其调制策略和控制设计的准 的, 确性, 如何兼顾模型的精确性和计算的快速性 , 建立 新的 MM 尤其是适用于电磁暂态程序的精 C 模型, 确模型 , 是今后需要解决的关键问题之一 。 ) 通过子模块 2 MM C 结构作为一种全新的拓扑 , 串联易于扩展到任意电平 , 随着电平数的增加 , 其调

) 2 0 1 0年8月在巴黎召开的国际大电网 ( C I G R E 会议上 , A R E V A 公司提出了一种由串联半导体器件 构成 的 阀 和 MM C共同组成的新型混合式 V S C - [ ] 7 4 。 该混合拓扑的基本思 想 是 HV D C 换流器拓扑 充分利用 2 电平换流器和 MM C 结构各自的优点 , 其中, 2电平换流器承担主要的能量传输功能 , MM C 提供必要的交流输出波形 。 其主要优势之一为 : 只 因此每个换流器的体积和 需较少的 MM C 子模块 , ] 7 5 ; 质量都可以大大减小 , 有利于工程的实际应用[ 优 势之二为 : 可以限制和清除直流侧故障带来的故障 电流
[ ] 1 9

。采用这种混合式拓扑 , 可以使用类似于传

韦延方 , 卫志农 , 孙国强 , 等 .适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

1 2 4 9

制和控制变得更加复杂 , 而现有的 MM C 调制方案 , 谐波特 并不完善 需 要 进 一 步 综 合 考 虑 开 关 损 耗 、 性、 调制性能等影响 , 进一步加以改进 。 ) 储能电容的分布式布置使得具有低开关频率 3 的 MM 亟待提 C 子模块电容的均压问题成为难点 , 出更为适用的子模块均压策略 。 ) 目前, 传统的 V 4 S C D C 控制拥有众多成熟 -HV 的方法, 其中很多已在实际的工程应用中得到了验 证。但是, MM C 的自身结构特点决定了传统的 V S C , 控制方法不能直接用于 MM 如何把控制效果较好 C 的传统 控 制 方 法 合 理 地 用 于 MM C型 V S C D C -HV 的控制中 , 仍然值得深入的探讨 。 ) 现代电力电子技术和器件的发展将给 MM 5 C 带来新的契机 。 作为宽禁带半导体材料的一种 , 碳 化硅( 具有耐高温 、 大容量、 低通态损耗等突出 S i C) 在制造工艺逐步提高和成本进一步降低的基 特点, 础上, S i C 取代目前常用的硅器件是大势所趋 。 当采 用基于 S i C 的 新 型 MM C 替代当前基于硅器件的 , 尤其是用于 I G B T时 S i C 低损耗的优势将更为明显 , 因而, 开展基于 S HV D C 等大容量场合时 , i C 器件的 MM C 研究具有重要的意义 。 ) 6 MM C型 V S C D C 在风力发电等可再生能 -HV 源和配电网中的应用 。 风电场具有多种并网方式 , 但其功率损耗 V S C D C 系统虽然控制十分灵活 , -HV 过大和换流器容量受到限制等缺陷影响了该系统在 而 MM 风电场并网中的应用, C型 V S C D C 系统 -HV 正好弥补了这些不足 。 因而, 结合我国南汇风电场 并网工程的实际运行经验 , 研究适合我国电网实际 情况的 MM 将为我国电 C型 V S C D C 相关技术, -HV 网互联 、 新能源并网 、 孤岛供电 、 城市电网供电等应 用研究提供有力的技术支撑 , 具有重要的实际意义 。

] : 直流输电 线 路 纵 联 保 护 [ 高 电 压 技 术, J . 2 0 1 1, 3 7( 8) 1 9 8 9 - 1 9 9 6. , , , G u o b i n C A I X i n l e i GAO S h u i n e t a l . N e w S ONG i l o t r o             - g p g p p t e c t i o n f o r V S C-HV D C t r a n s m i s s i o n l i n e s u s i n n a t u r a l f r e u e n             - g q   [ ] , c c h a r a c t e r i s t i c o f c u r r e n t J . H i h V o l t a e E n i n e e r i n 2 0 1 1,         y g g g g   ( ) : 3 78 1 9 8 9 1 9 9 6. - [ ]陈海荣 , 张 静, 屠卿 瑞. 电网电压不平衡时电压源换流器型直 5 ] : 流输电的负 序 电 压 补 偿 控 制 [ 高 电 压 技 术, J . 2 0 1 1, 3 7( 1 0) 2 3 6 3 2 3 6 9. - , , CHE N  H a i r o n Z HANG J i n TU  Q i n r u i . N e a t i v e v o l t a e     g g g g g c o m e n s a t i n o f v o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r b a s e d o n HV D C s s               - g y p g   ] t e m u n d e r u n b a l a n c e d r i d c o n d i t i o n s[ J . H i h V o l t a e E n i             - g g g g , ( ) : n e e r i n 2 0 1 1, 3 7 1 0 2 3 6 3 2 3 6 9. - g [ ]丁冠军 , 汤广福 , 丁 明, 等. 新型多电平电压源换 流 器 模 块 的 拓 6 ] ( ) : 扑机制与调制策略 [ 中国电机工程学报 , J . 2 0 0 9, 2 9 3 6 1 8. - , D I NG G u a n u n, TANG G u a n f u, D I NG  M i n e t a l . T o o l o       j g g p g y m e c h a n i s m a n d m o d u l a t i o n s c h e m e o f a n e w  m u l t i l e v e l v o l t a e               g [ ] c o n v e r t e r m o d u l a r J . P r o c e e d i n s o f t h e C S E E, 2 0 0 9, 2 9 s o u r c e           g ( ) : 3 6 1 8. - [ , : 7]R o d r i u e z J L a i S, P e n f Z. M u l t i l e v e l i n v e r t e r s a s u r v e o f         g j p g y     , , [ ] t o o l o i e s c o n t r o l s a n d a l i c a t i o n s J . I E E E T r a n s a c t i o n s o n       p g p p , ( ) : I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s 2 0 0 2, 4 9 4 7 2 4 7 3 8.   - [ ]M 8 a r u a r d t R, L e s n i c a r A. N e w c o n c e t f o r h i h v o l t a e o d u l a r             -m q p g g [ / /P c o n v e r t e r C] r o c e e d i n s o f t h e 3 4 t h I E E E A n n u a l m u l t i l e v e l             g , : P o w e r E l e c t r o n i c s S e c i a l i s t s C o n f e r e n c e .A a c h e n G e r m a n       p y I E E E, 2 0 0 3. [ ]陶兴华 , 李永东 , 宋义超 , 等. 9 H 桥级联型整流器直流电压 平 衡 控 ] ( ) : 高电压技术 , 制改进算法 [ J . 2 0 1 2, 3 8 2 5 0 5 5 1 2. - , , , TAO X i n h u a L I Y o n d o n S ONG  Y i c h a o e t a l . I m r o v e d D C         - g g g p [ ] l i n k v o l t a e b a l a n c i n m e h t o d f o r c a s c a d e d H- b r i d e r e c i f i e r J .             g g g   , ( ) : H i h V o l t a e E n i n e e r i n 2 0 1 2, 3 8 2 5 0 5 5 1 2.     - g g g g [ 1 0] M a r u a r d t R. S t r o m r i c h t e r s c h a l t u n e n m i t v e r t e i l t e n e r i e s s         - q g g : , [ e i c h e r n G e r m a n D E 1 0 1 0 3 0 3 1 A 1 P] . 2 0 0 1 0 1 2 4. - - p [ ] , , 1 1 F r a n u e l o L G, R o d r i u e z J L e o n J I e t a l . T h e a e o f m u l t i                   - q g g [ ] l e v e l c o n v e r t e r s a r r i v e s J . I E E E I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s M a a           - g , ( ) : z i n e 2 0 0 8, 2 2 2 8 3 9. - [ , ,a 1 2]A k a i H. C l a s s i f i c a t i o n t e r m i n o l o n d a l i c a t i o n o f t h e         g g y p p [ m u l t i l e v e l c a s c a d e c o n v e r t e r C] 0 1 0I n t e r n a t i o n a l m o d u l a r       ∥2 , [ ] , P o w e r E l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e . S a o r o J a a n: s . n. 2 0 1 0.     p p p [ ]K 1 3 o u r o S, M a l i n o w s k i M, G o a k u m a r K, e t a l . R e c e n t a d v a n c e s           p a n d i n d u s t r i a l a l i c a t i o n s o f m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s[ J] . I E E E           p p , : o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s 2 0 1 0, 5 7( 8) 2 5 5 3 T r a n s a c t i o n s       - 2 5 8 0. [ , 1 4]A l l e b r o d S, H a m e r s k i R, M a r u a r d t R. N e w t r a n s f o r m e r l e s s         q s c a l a b l e m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s f o r HV D C t r a n s m i s s i o n             [ C] 9 t h I E E E A n n u a l P o w e r E l e c t r o n i c s S e c i a l i s t s C o n f e r ∥3             - p , : e n c e . R h o d e s G r e e c e I E E E, 2 0 0 8. [ ]D , 1 5 o r n J H u a n H, R a t a m a n n D. N o v e l v o l t a e s o u r c e d c o n v e r t       -   - g g   / /P e r s f o r HV D C a n d F A C T S a l i c a t i o n s[ C] r o c e e d i n s o f             p p g , C I G R E. O s a k a J a a n: C I G R E, 2 0 0 7. p [ 1 6]L e s n i c a r A, M a r u a r d t R. 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高电压技术  H i h V o l t a e E n i n e e r i n     g g g g

, ( ) 2 0 1 2 3 8 5

, l a t i o n s c h e m e s[ J] . A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s           y ( ) : 2 0 0 9, 3 3 1 0 6 4 6 8. - [ , 1 8] D o r n J H u a n H, R a t a m a n D. A n e w  m u l t i l e v e l v o l t a e         - g g   [ s o u r c e d c o n v e r t e r t o o l o f o r HV D C a l i c a t i o n s C] I n t e r         ∥ - p g y p p   , : n a t i o n a l C o u n c i l o n L a r e E l e c t r i c S s t e m s . P a r i s F r a n c e           g y ] , [ s . n. 2 0 0 8. [ ]徐   政 , 屠卿瑞 , 裘   鹏. 从2 1 9 0 1 0国际大电网会议看直流输电 ] ( ) : 技术的发展方向 [ 高电压技术 , J . 2 0 1 0, 3 6 1 2 3 0 7 0 3 0 7 7. - , , XU Z h e n TU  Q i n r u i Q I U P e n . N e w t r e n d s i n HV D C t e c h             - g g g ] n o l o v i e w e d t h r o u h C I G R E 2 0 1 0[ J . H i h V o l t a e E n i           - g y g g g g   , ( ) : n e e r i n 2 0 1 0, 3 6 1 2 3 0 7 0 3 0 7 7. - g [ ]M : 2 0 a r u a r d t R. M o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r a n u n i v e r s a l c o n           - q [ c e t f o r HV D C n e t w o r k s a n d e x t e n d e d D C b u s a l i c a t i o n s C]     -       - - p p p , I n t e r n a t i o n a l P o w e r E l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e . S a o r o J a a n: ∥       p p p [ ] , s . n. 2 0 1 0. [ ]屠卿瑞 , 徐 政, 姚为正 . 模块化多电平换流器型 直 流 输 电 电 平 2 1 ] : 数选择研 究 [ 电 力 系 统 保 护 与 控 制, J . 2 0 1 0, 3 8( 2 0) 3 3 3 8, - 4 4. , , TU  Q i n r u i XU Z h e n YAO  W e i z h e n . S e l e c t i n n u m b e r o f     g g g g   l e v e l s f o r m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r b a s e d HV D C v o l t a e               g [ ] , : J . P o w e r S s t e m P r o t e c t i o n a n d C o n t r o l 2 0 1 0, 3 8( 2 0) 3 3         - y 3 8, 4 4. [ ] 2 2 Z h a n Y S, A d a m  G P, L i m  T C, e t a l . V o l t a e s o u r c e c o n v e r t e r             g g   : h i h v o l t a e a l i c a t i o n s m u l t i l e v e l v e r s u s t w o l e v e l c o n i n           -   - g g p p [ v e r t e r s C] t h I E T I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n A C a n d D C ∥9               ,UK: [ ] , P o w e r T r a n s m i s s i o n. L o n d o n s . n. 2 0 1 0.   [ ]程丽敏 , 李兴源 , 刘 剑. 提高交直流系统暂态稳 定 的 非 线 性 最 2 3 ] ( ) : 高电压技术 , 优协调控制 [ J . 2 0 1 1, 3 7 4 1 0 2 9 1 0 3 4. - , , CHE NG L i m i n L I X i n u a n L I U J i a n. O t i m a l n o n l i n e a r c o           - g y p / o r d i n a t e d c o n t r o l t o e n h a n c e t r a n s i e n t s t a b i l i t o f A C D C o w-               y p   ] , : e r s s t e m[ J . H i h V o l t a e E n i n e e r i n 2 0 1 1, 3 7( 4) 1 0 2 9       - y g g g g 1 0 3 4. [ ]王   峰 , 徐 政, 薛英林 . 参数可调节的高压直流 输 电 系 统 直 流 2 4 ] ( ) : 滤波器设计方案 [ 高电压技术 , J . 2 0 1 1, 3 7 4 1 0 3 5 1 0 4 0. - , , WANG F e n XU Z h e n XU  Y i n l i n . D C f i l t e r d e s i n w i t h           g g g g g ] a d u s t a b l e f o r HV D C t r a n s m i s s i o n[ J . H i h V o l t a r a m e t e r s           - j g p , ( ) : a e E n i n e e r i n 2 0 1 1, 3 7 4 1 0 3 5 1 0 4 0.   - g g g [ ] 2 5 F r i e d r i c h K. M o d e r n HV D C P L U S a l i c a t i o n o f V S C i n m o d u                 - p p [ l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r t o o l o C] 0 1 0I E E E I n t e r n a t i o n a l       ∥2   p g y , : S m o s i u m o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s . B a r i I t a l I E E E, 2 0 1 0.       y p y [ ]G 2 6 u a n M  Y, X u Z, L i H J . A n a l s i s o f D C v o l t a e r i l e s i n                   y g p p [ m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s C] 0 1 0I n t e r n a t i o n a l C o n f e r m o d u l a r     ∥2   - , : [ ] , e n c e o n P o w e r S s t e m  T e c h n o l o . H a n z h o u C h i n a s . n.       y g y g 2 0 1 0. [ ]管敏渊 , 徐 政. 模块化多电平换流器型直流输电的建模与控 2 7 ] ( ) : 制[ 电力系统自动化 , J . 2 0 1 0, 3 4 1 9 6 4 6 8. - , GUAN  M i n u a n XU Z h e n . M o d e l i n a n d c o n t r o l o f m o d u l a r         y g g   ] m u l t i l e v e l c o n v e r t e r i n HV D C t r a n s m i s s i o n[ J . A u t o m a t i o n o f           , ( ) : P o w e r S s t e m s 2 0 1 0, 3 4 1 9 6 4 6 8. E l e c t r i c     - y [ ]G 2 8 n a n a r a t h n a U  N, G o l e A  M, J a a s i n h e R P. E f f i c i e n t m o d e l           - y g i n o f m o d u l a r m u l t i l e v e l HV D C c o n v e r t e r s o n e l e c t r o m a n e t i c             g g   [ ] t r a n s i e n t s i m u l a t i o n r o r a m s J . I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r           p g , ( ) : D e l i v e r 2 0 1 1, 2 6 1 3 1 6 3 2 4. - y [ ]H 2 9 a o w a r a M, A k a i H. PWM c o n t r o l a n d e x e r i m e n t o f m o d u               - g g p [ l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s C] 9 t h I E E E A n n u a l P o w e r E l e c     ∥3         - , : t r o n i c s S e c i a l i s t s C o n f e r e n c e . R h o d e s G r e e c e I E E E, 2 0 0 8.     p [ ] , 3 0 S o l a s E, A b a d G, B a r r e n a J A, e t a l . M o d e l l i n s i m u l a t i o n a n d             g [ c o n t r o l o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r C] 4 t h I n t e r n a t i o n a l         ∥1  

, P o w e r E l e c t r o n i c s a n d M o t i o n C o n t r o l C o n f e r e n c e . O h r i d M a c           - : [ ] , e d o n i a s . n. 2 0 1 0. [ ] 3 1 S o l a s E, A b a d G, B a r r e n a J A, e t a l . M o d u l a t i o n o f m o d u l a r               m u l t i l e v e l c o n v e r t e r f o r HV D C a l i c a t i o n[ C] 4 t h I n t e r n a         ∥1   - p p t i o n a l P o w e r E l e c t r o n i c s a n d M o t i o n C o n t r o l C o n f e r e n c e .             , : [ ] , O h r i d M a c e d o n i a s . n. 2 0 1 0. [ ]M , 3 2 u n c h P, G o r e s D, I z a k M, e t a l . I n t e r a t e d c u r r e n t c o n t r o l             g g e n e r c o n t r o l a n d e n e r b a l a n c i n o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n           - g y g y g       [ v e r t e r s C] 6 t h A n n u a l C o n f e r e n c e o n I E E E I n d u s t r i a l E l e c ∥3             - , , t r o n i c s S o c i e t . G l e n d a l e A r i z o n a U S A: I E E E, 2 0 1 0.   y [ ]T 3 3 u Q  R, X u Z. I m a c t o f s a m l i n f r e u e n c o n h a r m o n i c d i s             - p p g q y     [ ] t o r t i o n f o r m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r J . I E E E T r a n s a c t i o n s           , ( ) : o n P o w e r D e l i v e r 2 0 1 1, 2 6 1 2 9 8 3 0 6.     - y [ ]R 3 4 o h n e r S, B e r n e t S, H i l l e r M, e t a l . E l e c t r i c a l s a f e a n a l s i s a n d               y [ s i m u l a t i o n o f a 6k V, 6 MVA  m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r C]           5 t h A n n u a l C o n f e r e n c e o f I E E E I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s . P o r ∥3             - , : t o P o r t u a l I E E E, 2 0 0 9. g [ ]R 3 5 o h n e r S, B e r n e t S, H i l l e r M, e t a l . P u l s e w i d t h m o d u l a t i o n             [ s c h e m e f o r t h e M o d u l a r M u l t i l e v e l C o n v e r t e r C] 3 t h E u r o           ∥1   - e a n C o n f e r e n c e o n P o w e r E l e c t r o n i c s a n d A l i c a t i o n s . B a r c e             - p p p , : [ ] , l o n a G e r m a n s . n. 2 0 0 9. y [ 3 6]K o n s t a n t i n o u G S, A e l i d i s V  G. P e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n o f           g h a l f b r i d e c a s c a d e d m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s o e r a t e d w i t h m u l t i -             - g p [ c a r r i e r s i n u s o i d a l PWM t e c h n i u e s C] t h I E E E C o n f e r e n c e       ∥4     q , : o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s a n d A l i c a t i o n s . X i ' a n C h i n a I E E E,         p p 2 0 0 9. [ ]G 3 7 l i n k a M. P r o t o t e o f m u l t i h a s e m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t             - y p p o w e r e r w i t h 2 MW  r a t i n a n d 1 7 l e v e l o u t u t v o l t a e[ C]         - - - ∥ p g p g   , : P o w e r E l e c t r o n i c s S e c i a l i s t s C o n f e r e n c e . A a c h e n G e r m a n       p y [ ] , s . n. 2 0 0 4. [ , , 3 8]R o h n e r S, B e m e t S, H i l l e r M, e t a l . M o d u l a t i o n l o s s e s a n d         r e u i r e m e n t s o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s s e m i c o n d u c t o r           q [ ] , ( ) : J . I E E E T r a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s 2 0 1 0, 5 7 8         2 6 3 3 2 6 4 2. - [ ]李   强 , 贺之渊 , 汤广福 . 新型模块化多电平换流 器 空 间 矢 量 脉 3 9 ] ( ) : 宽调制方法 [ 电力系统自动化 , J . 2 0 1 0, 3 4 2 2 7 5 7 9, 1 2 3. - , , L I Q i a n HE Z h i u a n TANG G u a n f u. A s a c e v e c t o r PWM         -   g y g p [ ] f o r a n e w t e o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r J . A u m e t h o d                 - y p , ( ) : t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 0, 3 4 2 2 7 5 7 9, 1 2 3.         - y [ ]管 敏 渊 , 徐   政, 潘伟勇, 等. 最近电平逼近调制的基波谐波特 4 0 ] ( ) : 性解析计算 [ 高电压技术 , J . 2 0 1 0, 3 6 5 1 3 2 7 1 3 3 2. - , , , M i n u a n XU Z h e n P AN  W e i o n e t a l . A n a l t i c a l GUAN      y g y g y c a l c u l a t i o n o f f u n d a m e n t a l w a v e a n d h a r m o n i c c h a r a c t e r i s t i c s             , f o r n e a r e s t l e v e l m o d u l a t i o n[ J] . H i h V o l t a e E n i n e e r i n           g g g g ( ) : 2 0 1 0, 3 6 5 1 3 2 7 1 3 3 2. - [ ]管 敏 渊 , 徐   政, 屠卿瑞, 等. 模块化多电平换流器型直流输电 4 1 ] ( ) : 的调制策略 [ 电力系统自动化 , J . 2 0 1 0, 3 4 2 4 8 5 2. - , , , GUAN  M i n u a n XU Z h e n TU  Q i n r u i e t a l . N e a r e s t l e v e l       y g g f o r m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s i n HV D C t r a n s m o d u l a t i o n               - ] , m i s s i o n[ J . A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 0, 3 4         y ( ) : 2 4 8 5 2. - [ ]M 4 2 u n c h P, L i u S, D o mm a s c h k M. M o d e l i n a n d c u r r e n t c o n t r o l           g   o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s c o n s i d e r i n a c t u a t o r a n d s e n             - g   [ s o r d e l a s C] 5 t h A n n u a l C o n f e r e n c e o f t h e I E E E I n d u s t r i a l   ∥3             y , : E l e c t r o n i c s S o c i e t . P o r t o P o r t u a l I E E E, 2 0 0 9.   y g [ ]M 4 3 u n c h P, L i u S, E b n e r G. M u l t i v a r i a b l e c u r r e n t c o n t r o l o f m o d               - u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s w i t h d i s t u r b a n c e r e e c t i o n a n d h a r               - j [ m o n i c s c o m e n s a t i o n C] 0 1 0I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e   ∥2     p

韦延方 , 卫志农 , 孙国强 , 等 .适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展
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V o l t a e m o n i t o r i n o n c a a c i t o r o f m o d u             - g g g p   [ ] l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r J . S c i e n t i f i c J o u r n a l o f R i a T e c h n i c a l             g , ( ) : 2 0 0 9, 2 5 2 5 1 4 5 1 5 0. U n i v e r s i t - y [ ]王姗姗 , 周孝信 , 汤广福 , 等. 模块 化 多 电 平 HV 4 7 D C输电系统子 ] ( ) : 模块电容值的选取和计算 [ 电网技术 , J . 2 0 1 1, 3 5 1 2 6 3 2. - , , WANG S h a n s h a n Z HOU  X i a o x i n TANG G u a n f u, e t a l . S e       - g l e c t i o n a n d c a l c u l a t i o n f o r s u b o d u l e c a a c i t a n c e i n m o d u l a r         -m       p m u l t i l e v e l c o n v e r t e r HV D C o w e r t r a n s m i s s i o n s s t e m[ J] . -           p y , ( ) : S s t e m  T e c h n o l o 2 0 1 1, 3 5 1 2 6 3 2. P o w e r   - y g y [ ]G , 4 8 e mm e l l B, D o r n J R e t z m a n n D, e t a l . P r o s e c t s o f m u l t i l e v e l             p V S C t e c h n o l o i e s f o r t r a n s m i s s i o n[ C]∥ I E E E P E S o w e r           g p T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n C o n f e r e n c e a n d E x o s i t i o n.           p , : C o l o m b i a I E E E, 2 0 0 8. B o o t á g [ / 4 9]G l i n k a M, M a r u a r d t R. A n e w  A C A C m u l t i l e v e l c o n v e r t e r           q [ ] , f a m i l J . I E E E T r a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s 2 0 0 5,         y ( ) : 5 2 3 6 6 2 6 6 9. - [ ]H u l s e 5 0 a o w a r a M, A k a i H. C o n t r o l a n d e x e r i m e n t o f w i d t h               - p g g p m o d u l a t e d m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s[ J] . I E E E T r a n s a c         - , ( ) : t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s 2 0 0 9, 2 4 7 1 7 3 7 1 7 4 9.       - [ ]A 5 1 n t o n o o u l o s A, A n u i s t L, N e e H  P. O n d n a m i c s a n d v o l t             - p g q y [ a e c o n t r o l o f t h e m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r C] u r o e a n             ∥E g p , P o w e r E l e c t r o n i c s a n d A l i c a t i o n s C o n f e r e n c e . B a r c e l o n a         p p [ ] , S a i n: s . n. 2 0 0 9. p [ ]A 5 2 n u i s t L, A n t o n o o u l o s A, S i e m a s z k o D, e t a l . I n n e r c o n t r o l           g q p : o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s a n a r o a c h u s i n o e n l o o           - p p g p p   e s t i m a t i o n o f s t o r e d e n e r C] 0 1 0I n t e r n a t i o n a l P o w e r E-       ∥2     g y[ , [ ] , l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e . S a o r o J a a n: s . n. 2 0 1 0.   p p p [ 5 3]S i e m a s z k o D, A n t o n o o u l o s A, I l v e s K. E v a l u a t i o n o f c o n t r o l           p [ a n d m o d u l a t i o n m e t h o d s f o r m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r s C]             , 0 1 0I n t e r n a t i o n a l P o w e r E l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e . S a o r o ∥2       p p [ ] , J a a n: s . n. 2 0 1 0. p [ ]W 5 4 a n K, L I Y D, Z h e n Z D. V o l t a e b a l a n c i n c o n t r o l a n d e x             - g g g g       e r i m e n t s o f a n o v e l m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r[ C] 0 1 0             ∥2 p , I E E E E n e r C o n v e r s i o n C o n r e s s a n d E x o s i t i o n. A t l a n t a         g y g p   U S A: I E E E, 2 0 1 0. [ ]徐   政 , 管敏渊 . 模块化多电平换流器型直流输电系统的优化 5 5 [ 均压控制方法 : 中国 , 2 0 1 0 1 0 1 8 5 8 6 1. 3 P] . 2 0 1 0 0 5 2 8. - - , Z h e n GUAN  M i n u a n. O t i m a l e u a l i z i n c o n XU r e s s u r e       - g y p p q g   t r o l m e t h o d o f m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r t e d i r e c t c u r r e n t                 y p , [ t r a n s m i s s i o n s s t e m: C h i n a 2 0 1 0 1 0 1 8 5 8 6 1. 3 P] . 2 0 1 0 0 5 2 8.   - - y [ ]徐   政 , 屠卿瑞, 翁   华, 等. 无需辅助直流电源的三相模块化 5 6 多电平换流器启动方法 :中国 , 2 0 1 0 1 0 1 4 1 6 3 6. X[ P] . 2 0 1 0 0 4 - - 0 7. , , , XU Z h e n TU  Q i n r u i WE NG  H u a e t a l . M e t h o d f o r s t a r t i n         g g g t h r e e h a s e m o d u l a r m u l t i l e v e l i n v e r t e r w i t h o u t a u x i l i a r D C -           p y   : , o w e r s u l C h i n a 2 0 1 0 1 0 1 4 1 6 3 6. X[ P] . 2 0 1 0 0 4 0 7.   - - p p p y [ ]屠卿 瑞 , 徐   政, 郑   翔, 等. 模块化多电平换流器型直流输电 5 7

1 2 5 1

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1 2 5 2

高电压技术  H i h V o l t a e E n i n e e r i n     g g g g

, ( ) 2 0 1 2 3 8 5

c e e d i n s o f t h e 4 4 t h I n t e r n a t i o n a l U n i v e r s i t i e s P o w e r E n i n e e r               - g g , [ ] , i n C o n f e r e n c e . G l a s o w, S c o t l a n d UK: s . n. 2 0 0 9. g g   [ ]郭   捷 , 江道灼, 周月宾, 等. 交直流侧电流分别可控的模块化 6 9 ] : 多电平换流器控制方法 [ 电力系统自 动 化, J . 2 0 1 1, 3 5( 7) 4 2 - 4 7. , , , J i e J I ANG D a o z h u o Z HOU  Y u e b i n e t a l . A C a n d D C GUO           ] c u r r e n t h b r i d s t r a t e f o r m o d u l a r m u l t i l e v e l c o n v e r t e r[ J .           y g y   , ( ) : A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 1, 3 5 7 4 2 4 7.         - y [ ]罗   湘 , 汤广福, 查鲲鹏, 等. 电压源换流器高压直流输电换流 7 0 ] ( ) : 电网技术 , 阀的试验方法 [ J . 2 0 1 0, 3 4 5 2 5 2 9. - , , L UO X i a n TANG G u a n f u, Z HA  K u n e n e t a l . T e s t m e t h         - g g p g [ ] o d s o f c o n v e r t e r v a l v e s i n V S C-HV D C t r a n s m i s s i o n J . o w e r               p , ( ) : S s t e m  T e c h n o l o 2 0 1 0,, 3 4 5 2 5 2 9. P o w e r   - y g y [ ]罗   湘 , 汤广福 , 查鲲鹏 , 等. 合成试验方法在 V 7 1 S C-HV D C 换流 ] ( ) : 阀短路电流试验中的应用 [ 电网技术 , J . 2 0 1 0, 3 4 7 9 1 3. - , , L UO X i a n TANG G u a n f u, Z HA  K u n e n e t a l . A l i c a t i o n       g g p g p p o f s n t h e t i c t e s t m e t h o d i n s h o r t c i r c u i t c u r r e n t t e s t s f o r v o l t           -         - y a e s o u r c e c o n v e r t e r b a s e d h i h v o l t a e d i r e c t c u r r e n t v a l v e s                 g g g [ ] , ( ) : J . P o w e r S s t e m  T e c h n o l o 2 0 1 0, 3 4 7 9 1 3.   - y g y [ ]罗   湘 , 郑健超, 汤广福, 等. 可关断器件阀运行试验的等效性 7 2 ] ( ) : 及稳态试验方法 [ 中国电机工程学报 , J . 2 0 1 1, 3 1 3 1 7. - 韦延方 男, 博士生 1 9 8 2—, 研究方向为电力系统及其新型输电的分析与 控制 ( ) 电话 : 0 2 5 5 8 0 9 9 0 7 7 : E-m a i l m e i l a i e r 6 3. c o m @1

, , X i a n Z HE GN J i a n c h a o TANG G u a n f u, e t a l . S t u d o n L UO         g g y   o e r a t i o n a l t e s t s e u i v a l e n c e a n d s t e a d s t a t e t e s t m e t h o d f o r         -       p q y [ ] : t u r n o f f v a l v e s J . P r o c e e d i n s o f t h e C S E E, 2 0 1 1, 3 1( 3) s e l f - -         g 1 7. - [ ]W 7 3 e s t e r w e l l e r T, F r i e d r i c h K, A r m o n i e s U, e t a l . T r a n s b a c a           - y   b l e w o r l d ' s f i r s t HV D C s s t e m u s i n m u l t i l e v e l v o l t a e s o u r c e d               y g g   [ , : c o n v e r t e r C] r o c e e d i n s o f C I G R E. P a r i s F r a n c e C I G R E, ∥P     g 2 0 1 0. [ ]D 7 4 a v i d s o n C C, T r a i n e r D R, O a t e s C D  M, e t a l . A n e w h b r i d                   y v o l t a e s o u r c e d c o n v e r t e r f o r h v d c o w e r t r a n s m i s s i o n[ C] -           ∥ g p , : P r o c e e d i n s o f C I G R E. P a r i s F r a n c e C I G R E, 2 0 1 0.     g [ ]汤广福 , 刘泽 洪 . 高压直流 7 5 2 0 1 0 年 国 际 大 电 网 会 议 系 列 报 道: ] ( ) : 电力系统自动化 , 输电和电力电子技术 [ J . 2 0 1 1, 3 5 5 1 4. - TANG G u a n f u, L I U Z e h o n . A r e v i e w o f C I G R E’ 2 0 1 0o n           g g [ ] HV D C o w e r t r a n s m i s s i o n a n d e l e c t r o n i c t e c h n o l o J . A u t o           - p g y , ( ) : m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 1, 3 5 5 1 4.         - y [ ]张 文 亮 , 汤广福, 查鲲鹏, 等. 先进电力电子技术在智能电网中 7 6 ] ( ) : 的应用 [ 中国电机工程学报 , J . 2 0 1 0, 3 0 4 1 7. - , , Z HANG  W e n l i a n TANG G u a n f u, Z HA  K u n e n e t a l . A     - g g p g p ] l i c a t i o n o f a d v a n c e d o w e r e l e c t r o n i c s i n s m a r t r i d[ J . P r o               - p p g ( ) : c e e d i n s o f t h e C S E E, 2 0 1 0, 3 0 4 1 7.       - g 孙永辉 男, 博士 , 讲师 1 9 8 0—, 主要研究方向 为 电 力 系 统 优 化 与 控 制 、 复杂 系统理论和应用 ( ) 电话 : 0 2 5 5 8 0 9 9 0 7 7 : E-m a i l s u n o n h u i 1 6 8@g m a i l . c o m y g

WE I Y a n f a n   g P h. D. c a n d i d a t e

S UN  Y o n h u i g P h. D.

卫志农 男, 博士 , 教授 , 博导 1 9 6 2- , 主要研究方向 为 电 力 系 统 运 行 分 析 与 控 制 、 输配电系统自动化等 ( ) 电话 : 0 2 5 5 8 0 9 9 0 7 7 : _ E-m a i l w z n n 6 3. n e t @2 j

滕德红 女, 硕士 , 讲师 1 9 7 8—, 主要研究方向为电力系统运行分析与控制 ( ) 电话 : 0 2 5 5 8 0 9 9 0 7 7 : a i l c h a n i n t e n 7 8@s i n a . c o m E-m g q g g

WE I Z h i n o n   g , P h. D. P r o f e s s o r

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孙国强 男, 博士 , 讲师 1 9 7 8—, 主要研究方向为电力系统及其新型输电的分 析与控制 ( ) 电话 : 0 2 5 5 8 0 9 9 0 7 7 : E-m a i l h h u s u n u o i a n 6 3. c o m @1 g q g

S UN  G u o i a n q g P h. D. 收稿日期  2 0 1 1 1 1 0 8 0 1 2 0 3 2 0 - -   修回日期  2 - -   编辑   李   东



  本文关键词:适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:122556

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