模块化多电平型中高压直流变压器拓扑与控制综述

王学成 , 段天元 , 田艳军 , 杨迪 , 徐小奇

南方电网技术 ›› 2025, Vol. 19 ›› Issue (12) : 32 -42.

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南方电网技术 ›› 2025, Vol. 19 ›› Issue (12) : 32 -42. DOI: 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2025.12.004

模块化多电平型中高压直流变压器拓扑与控制综述

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Review of Topology and Control Strategy of Modular Multilevel Medium and High Volage DC Transformer

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摘要

中高压直流变压器是直流输配电系统中进行新能源发电直流汇集与电压变换的关键设备之一。模块化多电平型直流变压器(modular multilevel DC transformer,MMDCT)模块化程度高、电压扩展能力强,是高压大功率直流电能变换的主流技术方案,呈现出迅猛的发展趋势。首先梳理了中高压直流变压器的典型应用场景,然后归纳整理了MMDCT的典型拓扑结构。在此基础上,分别对MMDCT的调制策略、电容电压均衡控制方法、环流抑制策略、功率控制方案、实验样机和应用等关键技术问题进行归纳分析与总结。最后,展望了MMDCT今后的发展趋势,总结了在未来直流电网中MMDCT所承担的多功能角色以及多方向的技术挑战。

Abstract

Medium and high voltage direct current (DC) transformer is one of the key equipments for DC collection of new energy generation and voltage conversion in DC transmission and distribution system. Modular multilevel DC transformer (MMDCT) has high modularity and strong voltage expansion ability, which is the mainstream technical solution of high voltage and high power DC energy conversion, showing a rapid development trend. The typical application scenarios of medium and high voltage DC transformers are summarized, and then the typical topology of MMDCT is summarized. On this basis, the key technical problems of MMDCT such as modulation strategy, capacitor voltage balancing control method, circulating current suppression strategy, power control scheme, prototype and application, are analyzed and summarized. Finally, the development trends of MMDCT in the future are prospected, and the multi-functional roles and the multi-direction technical challenges of MMDCT in the future DC power grid are summarized.

Graphical abstract

关键词

直流变压器 / 控制策略 / 拓扑结构 / 直流电网 / 模块化多电平换流器

Key words

DC transformer / control strategy / topology / DC grid / modular multilevel converter

Author summay

王学成(2001),男,硕士研究生,研究方向为中高压直流变压器拓扑及其控制技术,

段天元(1989),男,工程师,硕士,研究方向为柔性直流输电运维检修技术、高压直流断路器运维检修技术,

田艳军(1986),男,通信作者,副教授,博士,研究方向为新能源发电、电力电子变流器串并联控制、级联变流器,

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王学成,段天元,田艳军,杨迪,徐小奇. 模块化多电平型中高压直流变压器拓扑与控制综述[J]. 南方电网技术, 2025, 19(12): 32-42 DOI:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2025.12.004

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国家自然科学基金资助项目(52077079)

河北省自然科学基金资助项目(E2022502032)

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