模块化多电平快速原型控制器
案例来源：
青岛科技大学自动化学院——牛得存老师课题组
案例说明：实际搭建模块化多电平变换器硬件电路，Typhoon HIL402当作控制器，即采用快速控制原型（RCP）的方式，可方便快速地搭建和验证所研究的模块化多电平变换器控制算法。基于该研究场景发表了论文《Low-Capacitance Operation and Its Hierarchical Control for STATCOM Based on T-type Converter with Modular Multilevel DC-Link》（doi: 10.1109/TPEL.2024.3466136）被IEEE旗下国际顶级期刊IEEE Transactions on Power Electronics收录，案例详情可参考文后论文链接。
研究方向：模块化多电平变换器拓扑与控制、谐波抑制。
应用场景及研究问题：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。
实现方式及成果展示：
图1 硬件实验平台
在实验室搭建的MMDTC-STATCOM实验平台如图1所示。Typhoon HIL 402用作控制器通过USB数据线与电脑连接，电脑上运行图形化监控界面SCADA进行指令操作；主电路的数字量输入和模拟量输出与Typhoon HIL 402的I/O口连接，进行PWM信号和采样信号传输。
图2 HIL402控制算法模型
在软件中搭建了MMDTC-STATCOM仿真模型，元件库中有大量常用的电路拓扑结构可直接使用，仿真步长低至1us。另外，其具备简单直观的图形化控件式监控界面，建立易于理解的可视化模型运行监控界面。Typhoon HIL402具有充足的高速 I/O接口，包括16路模拟量输入、16路模拟量输出、32路数字量输出以及32路数字量输入。下图展示了部分实时仿真模型图及实验波形图。
图3 HIL402 MMC Leg模块
图4 HIL402模块化多电平模型建模
图5 模型运行监控界面
图6 实验波形
案例小节Typhoon HIL 402图形化界面代替了传统代码式编程，简单易学，缩短了电力电子实验开发周期。相比传统的实物测试平台，Typhoon HIL 402仿真平台降低了对场地、资金、时间和人力的投入，有效降低了研发成本。