With the widespread application of high voltage direct current (HVDC) in large-scale inter-regional power transmission, the issue of harmonic instability caused by transformer saturation received increasing attention. This paper focuses on this issue by analyzing the formation principle of DC bias in transformers and accurate modeling. The J-A hysteresis model and the compensating current source model in PSCAD are introduced. The mechanism of harmonic instability caused by transformer saturation is analyzed. Moreover, a resonance instability criterion is derived, which takes the saturation effect of the converter transformer into account. Then, a comparison is made between the excitation current waveforms of the two models. The simulation results in PSCAD prove the accuracy of analysis and the hysteresis transformer model has higher precision in characterizing the occurrence of cumulative instability.

In this paper, a novel multilevel converter topology, which is called open-winding transformer based dual modular multilevel converters (OWT-DMMC), is proposed for DC-fault ride-through in high-voltage direct current (HVDC) transmission. OWT-DMMC has two individual DC output ports, which can be used for double-circuit transmission or multi-terminal interconnected HVDC networks. The proposed topology can achieve uninterruptible power transmission in the case of a DC fault. Furthermore, the power flow across the two DC ports can be adjusted flexibly in the proposed topology. The proposed topology structure and control scheme are elaborated in this paper. The feasibility of the proposed topology and the control scheme is validated by simulation results and experimental tests.

Compared to the traditional modular multilevel converter (MMC) and alternative arm converter (AAC), the hybrid multilevel converter (HMC) exhibits superiority in terms of cost and volume.In the HMC, the pulse width of the direction switch (DS) is conventionally utilized to maintain capacitor voltage balancing (CVB).However, this method has certain limitations, including a restricted range of modulation indices and the inability to support pure reactive power operation.To address these drawbacks, a new CVB method based on the phase angle of the DS is proposed in this paper.Compared to the traditional method, the proposed method enables the HMC to achieve a full range of modulation index and four-quadrant operation.Additionally, it demonstrates improved performance in terms of SM capacitance and capacitor voltage ripple, especially under severe grid voltage sags and low power factors.A comparative analysis is conducted between two CVB methods, focusing on the SM number, switch number, and SM capacitance.Furthermore, a unified control strategy considering asymmetrical and symmetrical grid voltage sags is proposed for these two CVB methods.Finally, the effectiveness and superiority of the proposed CVB methods are verified by simulation and experimental testing.

The isolated Modular Multilevel DC-DC Converters (IMMDC) with asymmetric arm impedance will induce the capacitor voltages unbalance between the upper and lower arm sub-modules (SMs). For addressing this issue, in this letter, the energy difference between the upper and lower arms is analyzed and a balance equation is given. An arm voltage balancing strategy based on inter-arm phase shift angle (IAPSA) and inter-phase phase shift angle (IPPSA) is proposed. The proposed strategy has a simple structure and can achieve voltage balance between different phases. The proposed strategy is validated by experimental tests.

Thyristor-based solid-state circuit breakers (TCBs) have become a popular protection solution for DC microgrids, due to their low construction cost, high efficiency, and fast response time. Despite numerous TCBs being proposed, the majority of them still suffer from low controllability, low current interrupting reliability, slow fault isolation, poor reclosing protection, and high conduction loss. Inspired by these issues, a novel TCB with a three-winding coupled inductor is proposed in this paper. First, it could interrupt both operating and fault currents actively and reliably with its bidirectional symmetric construction, ensuring high controllability and reliability. Second, during the current interrupting process, the arrester immediately works after the proposed TCB acts, which makes the fault currents at both source and load sides drop, thus effectively suppressing the fault currents. Third, the capacitor and thyristors in the triggering circuits can automatically restore to their initial states after interrupting the current, thus ensuring a reclosing protection function with no extra operation sequences. Fourth, since the conducting branch only contains one set of parallel thyristors and an inductor coil, the conduction loss of the proposed TCB is low, thus ensuring effectiveness. The working principles, design guidelines, and experimental results are presented. The advantages of the proposed TCB are further demonstrated through comparison with some existing schemes.