模块化多电平换流器（MMC）具有模块化程度高、扩展性强、输出谐波含量低等优势，在柔性直流输电、新能源并网、电能路由器等中高压大功率领域获得广泛应用。由于模块化多电平换流器储能电容分布于各功率单元，三相桥臂并联于公共直流母线的结构特点，桥臂间电压难以实现完全一致，不可避免会存在环流问题。

通常情况下，模块化多电平换流器桥臂环流主要由二倍频负序性质的交流分量与三相平衡的直流分量构成。然而当电网电压不平衡时，模块化多电平换流器桥臂电压波动变得复杂且相间功率分配难以均衡，随之而来的正、负、零序环流分量和不对称的直流环流势必会加剧模块化多电平换流器相间电流应力与热应力差异。过大的电流应力与热应力是MMC安全运行的首要隐患，轻则增大系统损耗、缩短功率器件寿命，严重时将触发闭锁保护甚至直接导致功率单元过电流损坏。因此必须对不平衡的模块化多电平换流器桥臂环流采取有效控制措施。

北京交通大学电气工程学院潘子迅、杨晓峰等，从桥臂功率角度分析不平衡电网下三相模块化多电平换流器直流环流不均衡现象和基于零序电压注入的直流环流均衡机理。提出一种零序电压注入的直流环流均衡方法，通过网侧电流与直流环流偏差量计算得到零序电压相位，经过比例谐振控制器生成零序电压注入量，进而实现直流环流的快速、有效均衡。

图1 零序电压注入的直流环流均衡控制框图

研究者发现，零序电压注入可减小模块化多电平换流器桥臂电流峰值，均衡桥臂电流有效值，减小相间的电流应力与热应力差异。理论推导结果显示，单相电压跌落工况下桥臂电流峰值最大可下降10.9 %，有效值标准差可降低至零。

图2 三相五电平MMC实验台

此外，他们注意到，零序电压注入后模块化多电平换流器子模块电容电压纹波最大值有所减小，有利于扩大其安全运行范围，降低子模块电容体积与成本。单相电压跌落工况下，三相子模块电容电压纹波最大可下降超过8 %。

研究者最后指出，该直流环流均衡策略无需正负序分离，原理简单易于实现，在不同功率因数和不平衡工况下均具有较好的动态性能，对于不平衡网压下MMC的安全运行具有一定实际应用意义。

本工作成果发表在2024年第2期《电工技术学报》，论文标题为“不平衡电网下模块化多电平换流器的直流环流均衡策略”。本课题得到中央高校基本科研业务费专项资金资助项目的支持。