桥臂不对称工况下模块化多电平变换器无源一致性容错控制方法

薛花; 甘旭炜; 沈梦媛; 王育飞; 王雅妮

doi:10.20204/j.sp.2026.02009

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桥臂不对称工况下模块化多电平变换器无源一致性容错控制方法

电力电子装备与柔性控制 | 更新时间：2026-02-28

- 桥臂不对称工况下模块化多电平变换器无源一致性容错控制方法
- Passive Consensus-based Fault-tolerant Control Method for Modular Multilevel Converters under Asymmetric Arm Conditions
- 智慧电力 2026年54卷第2期页码：69-79
- 作者机构：
  
  （上海电力大学电气工程学院，）,上海,200090
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2026.02009
  中图分类号：
- 纸质出版：2026
- 稿件说明：
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薛花,甘旭炜,沈梦媛,王育飞,王雅妮.桥臂不对称工况下模块化多电平变换器无源一致性容错控制方法[J].智慧电力,2026,54(2):69-79.

doi:10.20204/j.sp.2026.02009
薛花,甘旭炜,沈梦媛,王育飞,王雅妮.桥臂不对称工况下模块化多电平变换器无源一致性容错控制方法[J].智慧电力,2026,54(2):69-79. DOI： 10.20204/j.sp.2026.02009.

doi:10.20204/j.sp.2026.02009 DOI：

摘要

子模块故障和桥臂参数摄动会引起模块化多电平变换器（MMC）运行于不对称状态，进而影响系统稳定性，而传统矢量控制方法存在稳定域有限的问题。为此，提出一种适用于桥臂不对称情形的无源一致性容错控制方法。首先，在交流子系统中，通过解析桥臂能量差值与环流交流分量之间的映射关系，计算出环流基频与二倍频的期望轨迹；其次，在直流子系统中，解析相间能量差值与直流电流映射关系，求得环流直流分量期望轨迹；最后，将相邻相状态变量跟踪一致性误差引入无源性控制器，实现MMC状态变量期望轨迹快速同步跟踪，确保闭环系统全局渐近稳定。实验结果表明，在MMC单桥臂25%子模块故障与桥臂参数摄动条件下，所提方法仍可实现并网电流对称，并维持各相水平与垂直能量分布均衡。该研究可为MMC的优化设计提供参考。

Abstract

Submodule faults and arm parameter perturbations can cause modular multilevel converters （MMCs） to operate under asymmetric conditions

thereby affecting system stability. Traditional vector control methods suffer from a limited stability region. To address this

a passive consensus-based fault-tolerant control method suitable for asymmetric arm conditions is proposed. Firstly

in the AC subsystem

the expected trajectories for the fundamental and double-frequency circulating current components are derived by analyzing the mapping relationship between arm energy differences and AC components of the circulating current. Secondly

in the DC subsystem

the expected trajectory for the DC component of the circulating current is obtained by analyzing the mapping between inter-phase energy differences and the DC current. Finally

the consensus tracking errors of state variables between adjacent phases are incorporated into the passivity-based controller to achieve rapid and synchronized tracking of the MMC's expected state variable trajectories

ensuring the global asymptotic stability of the closed-loop system. Experimental results show that even under conditions of a 25% submodule fault in a single MMC arm and arm parameter perturbations

the proposed method can still maintain symmetrical grid-connected currents and balanced horizontal and vertical energy distribution across phases. This research can serve as a reference for the optimal design of MMCs.

关键词

Keywords

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