オンラインSHEPWMスイッチング時間補正に基づくモジュラーマルチレベルコンバータのための低スイッチング周波数高調波最適化制御戦略
A Low-Switching-Frequency Harmonic-Optimized Control Strategy for Modular Multilevel Converters Based on Online SHEPWM Switching-Time Correction
本論文は、モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)向けの協調スイッチングイベント制御方式を提案する。従来のルックアップテーブル選択高調波除去PWM(SHEPWM)は定常状態の高調波最適化を維持するが、周期パターン更新が過渡応答の柔軟性を制限する。提案手法では、オフラインで高調波最適化されたパターンを定常状態のバックボーンとして使用し、選択されたタイムスタンプ付きイベントを仮想フラックス定式化を通じてオンラインで補正する。このイベントは、因果パルスエッジ補償、循環電流抑制のための上下アーム変位ペアリング、閾値ベースの非同期サブモジュールスケジューリングによって処理される。シミュレーションでは、約5ミリ秒以内に仮想フラックス誤差の90%以上が補償され、電流THDが1.5881%から0.702%に、アーム電流THDが21.600%から4.9266%に低減された。定格定常状態では、50Hzの平均サブモジュールスイッチング周波数で1.25%のグリッド電流THDを達成し、SHEPWMの高調波最適化を維持しながら低損失のMMC動作をサポートする。
- MMC向けに、オフラインで高調波最適化したSHEPWMパターンを定常状態のベースとし、選択したタイムスタンプ付きイベントを仮想フラックス定式化でオンライン補正する協調スイッチング制御を提案
- シミュレーションで約5ミリ秒以内に仮想フラックス誤差の90%以上を補償し、電流THDを1.5881%から0.702%、アーム電流THDを21.600%から4.9266%へ低減
- 定格定常状態で50Hzの平均サブモジュールスイッチング周波数において1.25%のグリッド電流THDを達成し、低損失のMMC動作を支持
MMC(モジュラーマルチレベルコンバータ)はHVDCや系統連系・再生可能エネルギー併設の電力変換器の中核部品であり、その制御性能は電力インフラの損失とコストに直結する。本論文は、定常状態の高調波最適化パターンを維持しつつオンラインのイベント補正で過渡応答を改善し、電流THDを1.5881%→0.702%、アーム電流THDを21.6%→4.9266%、グリッド電流THD1.25%を50Hzの平均サブモジュールスイッチング周波数で達成したと報告しており、低スイッチング周波数=低損失化につながる点は送電・変換器ベンダーの競争力に影響しうる。ただし現段階はシミュレーション検証であり、商用実装や採用主体の動きではないため、投資判断には実機検証と採用事例の確認が必要。