天津大学何佳伟、闫旭 等：MMC型直流融冰系统直流电压波动机理分析及抑制方法研究

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导语

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)型直流融冰装置凭借其容量小、控制灵活等优势在线路融冰领域具有广泛应用前景，其安全稳定运行是融冰工作顺利开展的重要保障。为此，天津大学智能电网保护与控制团队在《电工技术学报》2026年第7期从控制系统角度出发，深入剖析MMC型直流融冰系统直流电压波动的成因，提出了一种基于调制直流电压取整与电流控制模式自适应切换的直流电流控制改进策略，并引入电流状态监测机制，有效减小实际融冰电流与参考值之间的稳态偏差。仿真结果表明，所提方法能够有效抑制直流电压波动，改善MMC装置的环流及电容电压波动问题，验证了改进控制策略的可行性与有效性。

研究背景

直流融冰装置是实现覆冰线路快速融冰的关键技术，在保障我国冰冻灾害频发地区电力系统安全稳定运行方面具有重要意义。其中，MMC型直流融冰装置因具备容量需求低、融冰效率高、接线结构简单以及无功需求小等优势，已成为当前直流融冰技术的重要发展方向。然而，在现有直流电流控制方式下，MMC型直流融冰装置运行过程中仍存在较为明显的直流侧电压波动问题，进而引发环流增大、子模块电容电压不平衡等现象，对系统运行性能与设备安全造成不利影响。因此，亟需提出一种有效的抑制策略，以改善系统电能质量，提升MMC型直流融冰装置运行的安全性与稳定性。

图1 MMC型融冰装置拓扑结构和运行方式

论文所解决的问题及意义

区别于常规MMC-HVDC输电系统，MMC型直流融冰装置在控制结构中增设了直流电流控制环，通过调节调制过程中的直流电压大小，实现对融冰电流的精准控制。然而，在该控制方式下，直流电流环输出的调制直流电压通常难以保持为子模块额定电容电压的整数倍，从而导致直流电压产生约1个子模块电压幅值的波动。

由于融冰装置直流侧电压水平相对较低，该波动会在直流电压中引入较为明显的谐波，进而导致环流增大、子模块电容电压不平衡，并增加系统发生谐振的风险，威胁融冰装置的安全稳定运行。针对上述问题，本团队深入研究了MMC型直流融冰装置直流电压波动的本质机理，提出了一种无需额外硬件投入的改进控制方法，可从根本上抑制电压波动的产生，通过逻辑控制实现直流电压质量提升与融冰电流工程需求的同步满足。

图2 MMC型融冰装置拓扑结构和运行方式

论文方法及创新点

1、直流电压波动机理分析

MMC型直流融冰装置由于采用特有的直流电流控制结构，在传统控制方式下，参与调制的直流电压受到直流电流控制调制系数的直接影响，其数值由融冰系统运行参数共同决定。此时，参与调制的直流电压通常难以保持为子模块额定电容电压的整数倍，其小数部分的存在会导致上、下桥臂实际投入的子模块数之和发生周期性波动，进而引发直流电压波动问题。

图3 投入子模块数波动情况

2、直流电流控制改进

鉴于传统固定参考电流控制在直流电压波动方面存在的局限性，本文提出一种基于直流电流参考值动态调整的改进控制方法。该方法通过根据融冰电流的变化适时调整电流参考值，以抵消因取整操作带来的误差扰动，实现对子模块数波动的抑制，从而提升直流电压质量。

图4 改进直流电流控制方法及直流参考值调整策略

图5 直流电流控制环改进前后的仿真结果对比

3、电流监测环节

仅采用一次参考值切换的方式，可能导致融冰电流无法满足±5%的幅值误差要求。因此，进一步引入电流监测环节，实时监测融冰电流大小，并通过控制模式的灵活切换，使融冰电流始终满足误差范围要求。

图6 直流电压和直流电流参考值

图7 系统改善效果

结论

1）现有直流电流控制方式下，调制直流电压难以保持为子模块额定电容电压的整数倍，导致实际投入的子模块数量发生波动，进而引发直流电压波动问题。

2）针对上述问题，本文提出了一种基于调制直流电压取整与控制模式自适应切换的改进方法。该方法通过引入电压取整环节，使参与调制的直流电压保持为子模块额定电容电压的整数倍，并结合电流状态监测与控制模式切换，有效减小融冰电流稳态偏差。仿真结果表明，所提方法能够有效抑制直流电压波动，并改善环流及子模块电容电压波动问题。

团队介绍

天津大学智能电网保护与控制团队由李斌教授领衔，长期聚焦新型电力系统保护控制领域的重大需求与核心问题，在新型保护与开关装备、超导应用与储能安全等方向取得突出成绩。团队注重梯队建设与创新传承，45岁以下青年教师占比超过75%，先后主持国家科技重大专项课题、国家自然科学基金等重要项目。团队成员中，有IEEE Fellow、天津市杰出人才、全国高校青教赛一等奖获得者、中国科协青年人才托举工程入选者。团队获国家技术发明二等奖1项，牵头获天津市技术发明特等奖1项、天津市科技进步特等奖1项、中国电工技术学会技术发明/科技进步一等奖2项。

何佳伟

天津大学教授，博士生导师。主要从事柔性交直流电网保护控制、新能源电力系统保护控制研究。入选中国科协“青年人才托举工程”、中国电工技术学会优博论文。主持国家自然科学基金3项、天津市科技重大专项项目1项、国家科技重大专项子课题1项，企业科技项目10余项。第一/通讯作者发表SCI论文40余篇，EI期刊论文20余篇。出版英文专著1部，授权发明专利20余项。获天津市科技进步特等奖（2025，排2）、中国电工技术学会科技进步一等奖（2025，排2），天津市技术发明特等奖（2021，排3）。

闫旭

硕士研究生，研究方向为电力系统保护控制、MMC型直流融冰系统控制与故障测距。

本工作成果发表在2026年第7期《电工技术学报》，论文标题为"MMC型直流融冰系统直流电压波动机理分析及抑制方法"。本课题为国家自然科学基金青年科学基金和国家自然科学基金杰出青年科学基金资助项目。

引用本文

闫旭, 何佳伟, 李斌, 周博昊, 孙强, 王文博. MMC型直流融冰系统直流电压波动机理分析及抑制方法[J]. 电工技术学报, 2026, 41(7): 2208-2222. Yan Xu, He Jiawei, Li Bin, Zhou Bohao, Sun Qiang, Wang Wenbo. DC Voltage Fluctuation Mechanism and Suppression Methods in MMC-Based DC De-Icing System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(7): 2208-2222.