自动化与电子工程学院牛得存副教授在电力电子变换器领域取得新进展

新型电力系统保护控制与电能变换团队聚焦以新能源为主体的新型电力系统安全运行基础理论和电力电子变换技术两大方向，致力于解决新型电力系统构建与运行过程中的重大科学与技术问题，为实现国家"双碳"战略目标提供科技支撑。近日，该团队撰写的学术论文《Low-Capacitance Operation and Its Hierarchical Control for STATCOM Based on T-type Converter with Modular Multilevel DC-Link》被IEEE旗下国际顶级期刊IEEE Transactions on Power Electronics（IEEETPEL）（中科院一区TOP，IF=6.5）收录。该文第一作者为电气硕士生刘硕，通讯作者为牛得存副教授，青岛科技大学为第一完成单位。

论文概要

静止同步补偿器（STATCOM）在高比例新能源电网中可为电网电压稳定提供重要支撑。与传统多电平STATCOM相比，基于T型变换器和模块化多电平直流链（MMDTC）的STATCOM在器件数量、硬件成本和抵抗电网电压不平衡能力方面具有一定优势。但是，MMDTC型STATCOM在传统运行模式下，每个子模块均需配置高容值电容，导致电容体积大、成本高。本论文通过深层次理论分析，发现容性无功补偿模式下电容电压波动与其桥臂电压同相位，感性无功补偿模式下则相反。基于此发现，提出低容值运行模式，显著降低了电容体积和成本。为适应低容值运行模式，本文提出了分层控制策略。通过仿真和实验验证了低容值运行方案及其分层控制策略的有效性。

图1控制策略比较示意图（a）基于多PI(PR)控制器的双闭环控制，（b）基于多目标优化的模型预测控制，（c）本文提出的分层控制

图2搭建的实验样机平台

IEEE TPEL是国际电力电子领域最具影响力的学术期刊，也是电气工程领域顶级的SCI期刊之一。2023年，我校电气工程学科的研究生陈明皓以第一作者，牛得存副教授为通讯作者，青岛科技大学为第一完成单位，在该期刊上发表文章《Common-Mode Voltage Elimination of Multilevel Converters with Reduced Switching Loss Using Sawtooth Carrier-Based PWM》；该论文的发表实现了我校电气研究生在IEEE TPEL期刊发文零的突破。此次是我校电气研究生第二次以第一作者身份在该刊发表文章。

论文信息：

[1]S. Liu,D. Niu*, L. Zhang, J. Lin, J. Fang and Z. Li, "Low-Capacitance Operation and Its Hierarchical Control for STATCOM Based on T-Type Converter With MMDTC,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 40, no. 1, pp. 1153-1167, Jan. 2025, doi: 10.1109/TPEL.2024.3466136.

[2] M. Chen,D. Niu*, L. Zhang and X. Liu, "Common-Mode Voltage Elimination of Multilevel Converters With Reduced Switching Loss Using Sawtooth-Carrier-Based PWM,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 38, no. 10, pp. 12024-12034, Oct. 2023, doi: 10.1109/TPEL.2023.3276895.