一种适合船舶中压直流电力系统的MMC并联结构摘要：鉴于模块化多电平变换器（modularmultilevelconverter，MMC）桥臂额定电流难以满足船舶中压直流（mediumvoltagedirectcurrent，MVDC）电力系统逐渐增大的功率传输需求，设计一种适用于船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构。应用MATLAB/Simulink，分别在MMC并联结构和MMC基本结构下，建立MMC-MVDC电力系统仿真模型。仿真结果表明，在传输同样大的功率时，采用MMC并联结构的桥臂电流明显比采用MMC基本结构的桥臂电流小，能克服MMC子模块中IGBT元件额定电流较小的障碍。关键词：船舶；MMC并联结构；中压直流电力系统；桥臂电流：U665.12文献标志码：AAbstract：Inviewofthefactthattheratedcurrentofthebridgearmofthemodularmultilevelconverter（MMC）cannotmeettheincreasingdemandforpowertransmissionintheshipmediumvoltagedirectcurrent（MVDC）powersystem，akindofMMCparallelstructuresuitableforshipMVDChighpowersystemisdesigned.ByMATLAB/Simulink，thesimulationmodelsoftheMMC-MVDCpowersystemareestablishedforMMCparallelstructureandMMCbasicstructure，respectively.Thesimulationresultsshowthat，whenthesamepoweristransmitted，thecurrentofthebridgearmwithMMCparallelstructureissignificantlylowerthanthatofthebridgearmwithMMCbasicstructure，whichovercomestheobstacleofthelowerratedcurrentoftheIGBTcomponentintheMMCsub-module.Keywords：ship；MMCparallelstructure；mediumvoltageDC（MVDC）powersystem；bridgearmcurrent0引言近年来，船舶中压直流（mediumvoltagedirectcurrent，MVDC）电力系统的概念被提出。与船舶中压交流电力系统相比，该系统具有较高的能量传输效率、较好的灵活性和较低的成本[1-2]。模块化多电平转换器（modularmultilevelconverter，MMC）具有直接控制直流电流的能力，能够增强MVDC电力系统的可靠性和恢复性，实现对故障电流限制和故障穿越的功能。这些特点使得MMC整流拓扑结构在MVDC电力系统中有很好的应用前景[3-4]。针对船舶MVDC电力系统母线电压不变的特点，对MMC直流侧的控制选用定直流电压控制。将MMC应用于高压直流系统中时选用较高的电压等级和较多的子模块数。在MVDC电力系统中由于电压等级较低，而船舶发电机输出的功率较大，因此实现整流时每个桥臂需承受很大的电流。然而，受限于开关元件的通流能力，MMC的传输容量受到限制，不易实现大功率的传输。MMC桥臂的额定电流主要取决于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的额定电流，目前IGBT额定电流最大值为3600A（额定电压为1.7kV）[5]。在目前的技术条件下，开关元件的容量在短期内难有突破性发展。针对这一问题，本文设计了适合船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构，在满足稳定输出的同时使MMC各桥臂中开关元件承受的电流减小。1船舶MVDC电力系统模型?S着船舶电力系统的发展，船舶MVDC电力系统已经引起世界各国的重视，文献[6]和[7]提出了一种占用空间少、效率高的高性能船舶MVDC电力系统模型，见图1。该模型中含有2台额定功率为36MW的主发电机和2台额定功率为4MW的辅助发电机，4台发电机发出的交流电经过AC/DC整流器整流后为环形MVDC母线输送能量。该模型从船首到船尾依次是4个区域负载中心和1个雷达负载，各个分区都与环形MVDC母线直接相连，可以灵活应用于不同的工作环境。环形母线电压可在1～35kV之间选择，跨越多个等级，本文选择10kV直流母线电压[8]。针对船舶MVDC电力系统模型，本文选用MMC作为整流器实现交直流变换[9]，重点研究MMC拓扑结构。2船舶MVDC电力系统MMC拓扑结构设计2.1MMC拓扑结构本文主要研究船舶MVDC电力系统中，将主发电机发出的交流电整流成直流电的MMC拓扑结系统中的连接结构构。MMC在船舶MVDC电力系统中的连接结构如图2所示，本文称之为MMC-MVDC系统。2.2MMC基本结构桥臂电流分析MMC-MVDC系统中MMC基本结构如图3所示，其中SM为子模块。2.3MMC并联结构桥臂电流分析由于直流母线电压稳定在10kV，当传输功率增大时，总直流电流逐渐增大，当桥臂电流超过3600A时，系统无法正常运行。针对这...