模块化多电平换流器(MMC)原理简介
mmc的工作原理与基本特性
噪音特性
MMC的运行噪音较低，符合 环保要求。
环境特性
温度特性
01
MMC能够在较宽的温度范围内稳定运行，适应不同的气候和环
境条件。
湿度特性
02
MMC对湿度的适应性较强，能够在不同的湿度环境下正常运行
。
防护特性
03
MMC具备一定的防水、防尘、防震等防护能力，能够适应复杂
的环境条件。
03
MMC的应用领域
政策支持Байду номын сангаас
02
03
合作研发
政府可以提供政策支持，如补贴 和税收优惠，以降低MMC的初 始投资和运营维护成本。
通过合作研发，共享技术和资源 ，加快MMC的研发进程和市场 推广。
05
MMC的发展趋势与未来展望
技术发展趋势
高效能化
随着电力电子技术的不断进步，MMC的功 率等级和转换效率将得到进一步提升，以满 足更高性能的应用需求。
电力传输与分配
高效输电
MMC能够通过灵活的配置和拓扑结构，实现高压直流输电（HVDC）和灵活 交流输电系统（FACTS）等功能，提高电力传输的效率和稳定性。
分布式电网
MMC可以作为分布式电网的核心组成部分，支持微电网、智能电网等新型电网 模式的发展，实现能源的分布式管理和优化。
可再生能源系统
风能集成
模块化设计
为了便于制造、调试和维护，MMC的模块化设计 将成为未来的发展趋势，各模块之间的接口将更加 标准化和简单化。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和智能传感器，实 现对MMC的实时监测和控制，提高系统的 稳定性和可靠性。
市场发展前景
1 2
广泛应用领域
MMC作为一种高效、灵活的电能转换技术，将 在可再生能源、智能电网、电动汽车等领域得到 广泛应用。
模块化多电平换流器(MMC)原理简介
3、用途介绍
柔性直流输电
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
e1r Idc e2r DC1 e1l e2l
0.0385 [H]
R=0
3 [MVAR]
10 [MW]
A端电网
B端电网
R=0
#1
#2
e1l
rectify
inverter
e1r
0.0385 [H] #1 #2
3、用途介绍
5、MMC功率模块均压控制
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影 响。 在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态： （a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的 顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。 （b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的 顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
据全国大部分的市场份额。
32
2、鼠笼型异步电机 在不影响“能起动”的前提下，尽可能减小起动电流， 以减小起动电流对电网的冲击 I. 降压起动（起动电流减小，起动转矩随电压平方减小） 1 自耦变压器降压起动
2 Y 转换起动
3 定子回路串电抗器起动 4 用晶闸管构成的交流调压器降压起动
33
2、鼠笼型异步电机
模块 2CL2 模块 2CL20
换流器1
换流器2
MMC主回路拓扑结构
技术特点
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低；
3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。
4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且 节约了成本。 siemens和中国电科院所投 运的VSC-HVDC工程均采用 此拓扑结构。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。
MMC技术解读：打造现代化电力系统
MMC技术解读：打造现代化电力系统在过去的几十年里，全球电力系统经历了巨大的变革。
传统的同步发电机逐渐被更加高效、可靠的燃气轮机和风力发电机所取代。
然而，这些新型发电设备的接入给电力系统带来了新的挑战。
同步发电机时代的电力系统依赖于发电机和负载之间的同步运行，而新型发电设备的接入则导致了电力系统的动态变化。
为了解决这一问题，模块化多状态控制器（Modular Multilevel Converter, MMC）技术应运而生。
以我国为例，近年来，我国风力发电和太阳能发电行业取得了显著的发展。
然而，这些新型发电设备的接入给电力系统带来了巨大的挑战。
为了解决这一问题，我国研究人员和工程师积极开展了MMC技术的研究和应用。
以我国国家电网公司为例，其已在全国范围内建设了大量基于MMC技术的直流输电线路，实现了电力资源的跨区域调配，提高了电力系统的运行效率和可靠性。
除了在电力系统中应用外，MMC技术还可广泛应用于其他领域。
以电动汽车充电桩为例，通过采用MMC技术，充电桩能够实现高效、快速的充电，满足电动汽车的需求。
MMC技术还可应用于智能电网、船舶电力系统、可再生能源等领域，为这些领域的发展提供了强大的技术支持。
然而，MMC技术的应用也面临一定的挑战。
MMC设备的成本相对较高，制约了其在电力系统中的应用。
MMC技术的研发和运维需要高素质的专业人才，这对我国电力行业的人才培养提出了更高的要求。
MMC技术在实际应用中还需克服诸多技术难题，如故障处理、散热问题等。
MMC技术作为一种新兴的电力电子技术，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
通过不断研究和创新，我国电力行业有望借助MMC技术，打造现代化、高效、可靠的电力系统，为经济社会发展提供强大的动力。
同时，我们也要认识到，MMC技术的应用仍需克服诸多困难和挑战。
因此，我国政府和相关部门应加大对MMC技术研发和产业化的支持力度，培养高素质的专业人才，推动电力行业的持续发展。
MMC柔性直流电基本原理精选全文
可编辑修改精选全文完整版MMC柔性直流电基本原理通常，为了减小长距离输电线路的损耗必须提高输电线路的电压等级，即必须采用高压输电。
现有的高压输电技术主要包括高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）两种主流技术。
由于输电线路造价低、相同绝缘条件下线路的电力输送能力强，高压直流输电技术更适用于长距离大容量的电力输送，目前，高压直流输电技术主要有：基于电流源型换流器的HVDC（LCC-HVDC），即常规直流输电技术基于电压源型换流器的HVDC（VSC-HVDC）由于可控性和兼容性更佳，VSC-HVDC在中国也被称为柔性直流输电，简称“柔直”。
近年来，模块化多电平换流器（MMC）以其模块化的结构、低谐波含量、高运行效率等优点在柔性直流输电领域获得了广泛关注，并在多个实际工程中获得应用。
对应用于直流输电系统的MMC来说，具有如下特点：换流器容量大——通常在数百至上千MW电压等级高——交、直流电压在百kV等级功率模块数量巨大——高达数百至数千例如：广东南澳多端柔直工程容量200MW，直流电压±160kV，交流电压166kV，青澳站换流器功率模块数量为1320个云南鲁西背靠背柔直工程容量1000MW，直流电压±350kV，交流电压380kV，广西侧换流器功率模块数量高达2808个现有文献对应用于柔性直流输电系统的MMC开展了较多的研究，包括电路拓扑、数学模型、调制与均压、桥臂环流谐波抑制、快速仿真方法、故障保护策略等在电路拓扑方面，现有文献重点研究了具有直流短路故障抑制能力的换流器拓扑基于半桥型功率模块构建的换流器结构简单，运行效率高，但是无法抑制直流短路故障基于全桥或者双箝位型功率模块构建的换流器具有短路故障抑制能力，但是所需功率器件多，损耗大，造价高在MMC的数学模型方面，现有文献主要对MMC的交流侧、直流侧等效模型进行了研究，分析了电容参数及桥臂电感参数的设计方法现有文献对MMC的均压与调制策略也进行了研究载波移相脉宽调制策略开关频率固定，需要对每个功率模块都进行闭环均压控制，功率模块数量较多时几乎难以实现最近电平逼近调制策略具有开关频率低、均压实现简单的特点，但是模块的开关具有随机性，功率模块的开关频率不固定在基于最近电平逼近调制策略的低开关频率均压策略方面，现有文献提出了若干方法，但是这些方法在基波周期中的大多数时间内令功率模块投切状态不变，导致模块电容电压波动范围很大现有文献分析了桥臂环流谐波分量产生的原因，推导了桥臂环流谐波特性，提出了桥臂环流dq同步旋转坐标系下多PI控制器的抑制方法，实现较为复杂；基于PR控制器的抑制方法坐标变换简便，易于实现另外，在实际工程中发现，功率模块中的控制电路具有恒功率的负载特性，负载的恒功率特性导致了MMC在不控充电阶段会出现正反馈机制的电压发散现象2.MMC基本原理MMC特点：模块化结构，冗余设计降低系统停机概率多电平输出，输出电压谐波含量低储能电容分散，降低了直流储能电容的体积单个功率模块电压等级低通过功率模块串联可以适用于高压大功率场合功率模块介绍:半桥功率模块工作状态上管（S1）开：输出电压为UC上管（S2）开：输出电压为0上管开，对电容进行充放电，定义为投入状态下管开，功率模块不参与工作，定义为切除状态2个半桥功率模块串联输出电压S2开（切除）， S4开（切除），输出电压之和为0S2开（切除）， S3开（投入），输出电压之和为UC2S1开（投入）， S3开（投入），输出电压之和为UC1+ UC2两个功率模块串联连接时输出电压为0，UC，2 UC所以当多个半桥功率模块串联输出电压所有功率模块均处于切除状态，输出电压为零；任意一个处于投入状态，输出电压为UC；任意两个处于投入状态，输出电压为2UC；任意x个功率模块均处于投入状态，输出电压为xUC。
模块化多电平换流器（MMC）调制方法综述
模块化多电平换流器（MMC）调制方法综述王蕊;王斌;万杰星【摘要】介绍了模块化多电平换流器（MMC）的拓扑和工作原理,分类别详叙了各种调制方法。
总结了不同调制技术的优缺点和应用场合,为MMC的工程应用提供了借鉴意义。
提出了MMC调制技术的改进方向,对进一步的研究探索有积极意义。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】5页(P43-47)【关键词】模块化多电平换流器;调制技术;载波移相调制法;载波层叠调制;最近电平逼近调制;多电平SVPWM;特定次谐波消除脉宽调制【作者】王蕊;王斌;万杰星【作者单位】[1]东南大学电气工程学院,江苏南京210096;[2]中航宝胜海洋工程电缆有限公司,江苏南京225100【正文语种】中文【中图分类】TM46随着全球能源互联网和柔性交流输电系统(Flexible Alternative Current Transmission Systems,FACTS)的发展,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter ,MMC)越来越得到科研工作者的关注和研究。
MMC以其高度模块化、容易拓展和输出性能好等特点,应用越来越广泛,应用领域已逐步从传统的高压直流(High-Voltage DC,HVDC)输电应用向中高压电力传动、电能质量治理、高压直流功率变换等领域拓展,并已获得了初步的研究成果,展现出良好的应用前景[1]。
对于MMC 的研究也逐渐展示出多元化的特点,关键技术包括MMC调制技术、直流电压稳定技术、环流分析及抑制方法、谐波分析及抑制技术、故障情况下的穿越能力等。
本文选取 MMC的调制技术作为重点,对近年来的研究情况进行梳理和总结,为MMC的工程应用提供借鉴,具有重要的理论价值和现实指导意义。
MMC工作时的拓扑结构如图1所示。
其中Ls为网侧电感,Rs为网侧内阻,Ns为交流中性电位参考点,MMC每相上下桥臂各包含N个子模块。
mmc 桥臂电流
mmc 桥臂电流
MMC（Modular Multilevel Converter，模块化多电平变流器）
是一种新型的换流器拓扑结构，常用于高压直流输电系统及其他高功率电力电子应用。
MMC桥臂电流指的是MMC中每个
桥臂（Bridge Arm）传导的电流。
在MMC中，每个桥臂由多个子模块（Submodule）组成，每
个子模块都包含一个晶闸管（IGBT）和一个电容。
桥臂电流
是通过IGBT和电容进行控制和调节的，以实现有源电流补偿，提高功率因数及电流质量。
MMC桥臂电流的大小和方向是通过控制每个子模块的开关状
态来实现的。
开关状态的不同组合会导致不同的电压和电流波形，以实现对输出电压和电流的控制。
准确控制MMC桥臂电流是MMC系统正常运行的重要条件之一，有助于提高整个系统的功率传输效率和稳定性。
模块化多电平矩阵变换器参数设计
模块化多电平矩阵变换器参数设计模块化多电平矩阵变换器（Modular Multilevel Matrix Converter，简称MMC）是一种新型的电力电子转换器，它具有多电平输出、模块化设计、高效率、高频响应等特点。
在电力系统中，MMC可以用于直流输电、风能和太阳能发电系统、电动汽车充电系统等多个领域。
如何进行MMC的参数设计是一个重要的问题，本文将对该问题进行全面的讨论，以期对工程实践有一定的指导意义。
首先，MMC的参数设计需要考虑其工作频率和最大功率等级。
根据实际应用场景和系统要求，确定MMC的工作频率和最大功率等级是非常关键的。
工作频率高可使得MMC在电力转换过程中具有更快的响应速度和更好的控制性能，同时也会增加设备的损耗。
而最大功率等级则决定了MMC能够承载的负载大小，需要根据实际负载需求进行合理选择。
其次，MMC的电容模块参数设计是非常重要的一环。
MMC采用多电平输出方式，因此需要有足够的电容来存储电荷，以实现电力转换。
为了保证MMC的性能和稳定性，电容模块的参数设计需要满足一定的要求。
首先，电容的容量要足够大，以确保能够储存足够的电荷；其次，电容的电压等级应与MMC的输出电压等级相匹配，以保证电荷的平衡和稳定。
另外，MMC的开关器件参数设计也是非常重要的。
开关器件是MMC 的核心部件，其性能和参数的选择直接影响整个MMC系统的性能和效率。
对于MMC来说，开关器件的关键参数包括：开关频率、导通和关断电流能力、开关损耗等。
开关频率应根据MMC的工作频率和控制策略来确定，一般要求开关频率高，以提高系统的响应速度；导通和关断电流能力要足够强，以确保器件正常工作和可靠性；开关损耗要尽量降低，以提高系统的效率。
最后，MMC的控制策略和算法也是参数设计中需要考虑的一部分。
MMC的工作可以通过电流控制和电压控制两种方式来实现。
电流控制方式适用于负载波动大、需要保持电流稳定的场景；电压控制方式适用于负载波动小、需要保持电压稳定的场景。
mmc定交流电压频率控制
mmc定交流电压频率控制
MMC（模块化多级换流器）是一种用于高压直流输电（HVDC）系统的换流器，它允许电力系统在不同的电压和频率下进行交流电压频率控制。
MMC通过控制每个模块的换流器输出电流和相位角来实现对交流电压频率的控制。
每个模块都包含一个电容器和一个可控换流器，它们可以独立控制电流和相位角，从而允许MMC以任意的电压和频率输出交流电压。
具体来说，MMC的控制方式可以分为电压控制和频率控制两种。
1. 电压控制：MMC可以通过调节每个模块的换流器输出电流来控制输出电压的大小。
当需要输出较高的电压时，模块将产生更大的输出电流；当需要输出较低的电压时，模块将产生较小的输出电流。
通过控制所有模块的输出电流，可以实现对输出电压的精确控制。
2. 频率控制：MMC可以通过调节每个模块的换流器输出相位角来控制输出电压的频率。
换流器输出相位角的改变会导致输出电压的相位角改变，从而改变输出电压的频率。
通过控制所有模块的输出相位角，可以实现对输出电压频率的精确控制。
总而言之，MMC通过控制每个模块的换流器输出电流和相位角，可以实现对交流电压频率的精确控制。
这种灵活的电压频率控制方式使MMC成为一种理想的输电系统设备。
模块化多电平换流器(MMC)调制方法综述
•分布式电源及并网技术！电器与能效管理技术(2017%). 8)模块化多电平换流器（MMC )调制方法综述王蕊1，王斌2，万杰星1(!东南大学电气工程学院，江苏南京210096;2.中航宝胜海洋工程电缆有限公司，江苏南京225100)摘要：介绍了模块化多电平换流器（MMC )的拓扑和工作原理，分类别详叙了各种调制方法。
总结了不同调制技术的优缺点和应用场合，为MMC 的工程应用提供了借鉴意义。
提出了 MMC 调制技术的改进方向，对进一步的研究探索有积极意义。
关键词：模块化多电平换流器；调制技术；载波移相调制法；载波层叠调制；最近电平逼近调制；多电平SVPWM ;特定次谐波消除脉宽调制中图分类号：TM 46文献标志码# A文章编号# 2095-8188(2017)08-0043-05DOI : 10.16628/j . cnki . 2095-8188. 2017. 08. 011王 蕊（1993—），女，硕士研究生，研 究方向为电力电子 技术在电力系统中 的应用。
Review on Modulation Metliods for Modular Multi-level ConvertersWANG Rui 1， WANG Bin 2， WAN Jiexing 1(1. School of Electrical Engineering ，Southeast University ，Nanjing 210096，China ;2. China Ocean Engineering Baoshen Cable Co .，Ltd .，Nanjing 225100，China )Abstract ： The topology and working principle ofmodular multi-level converter ( MMC ) were introduced andthe different modulation methods were introduced in detail . Next，it summarized the advantages and disadvantages of different modulation techniques and applications，providing a reference for the MMC ) s engineering application .At last ， this paper put forward the improvement direction of MMC modulation technology ，significance for the further research and exploration .Key words ： modular multi-level converter ( MMC ); modulation technique ; carrier phase shifted SPWM ( CPS -SPWM ); phase disposition PWM (PDPWM ); nearest level modulation (NLM ); multi-level space vector PWM ( SVPWM ); selective harmonic elimination PWM ( SHEPWM )步的研究成果，展现出良好的应用前景[1]。
模块化多电平换流器(MMC)原理简介方案
4、MMC控制策略
【总体控制功能设计】 外环控制器：换流器1作为从站，换流器2作为主站，高压直流电压（额定极间电压 20 kV）由换流器1从站负责控制，两站之间的有功功率可以反转，两站各自的无功 功率控制相互独立。 换流器1为直流电压环+无功功率给定； 换流器2为有功功率给定+无功功率给定；
5、MMC功率模块均压控制
为了保持 磁通为常数，调频时应同时调压，使 U/F=C, 变频调速系统常被称为变压变频（VVVF） 调速系统
(Variable voltage,variable frequnecy)
35
3 异步电动机的调速
变频调速
n
n0(1
s
)
60 f1 p
(1
s
)
MMC目前的技术能力能够满足： 在1-50Hz变频工况，功率单元按照
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于 直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 ±2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7.07kV 5.77kV 1.3kV 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2×50 Hz×π×145A)=28.6 mH。 在初始引进技术资料中取值20mH。
3、用途介绍
柔性直流输电
R=0 R=0
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
0.0385 [H]
rectify e1r Idc
e1l inverter
e1l
e1r
#1 #2
e2r DC1 e2l
#1 #2
MMC的工作原理与基本特性PPT
瞬时有功功率除了直流 分量外，主要包含6k次
0.01 0.02 0.03 0.04
时间(s)
谐波分量。对于瞬时有
功功率的直流分量，解 析值为350 MW，仿真 值为351 MW，两者之 间的误差为0.3%
12
解析计算值 仿真值
瞬时有功功率 (MW)
9
6
3
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
数学模型
U dc
urj irj icirj uc,rj ic,rj uL,rj iT1 iD1 iT2 iD2
换流器内部
ZJU
MMC数学模型的基本假设
所有电气量均以工频周期T为周期； a、b、c三相的同一电气量在时域上依次滞后T/3；
1） 2）
3） 同相上、下桥臂的同一电气量在时域上彼此相差T/2；
L0
L0
相单元
+
vb
vc -
U dc o U dc 2
ism
A
B
T1
D1
L0
R0
L0
R0
SM1 SM2
L0
R0
SM1 SM2
usm+ T 2
-
C0
D2
+ uc -
+ una -
SMN
+ unb -
SMN
+ unc -
SM1 SM2
SMN
ina
inb
inc
ZJU
子模块的3种工作状态
ZJU
MMC运行原理
谐波次数
瞬时无功功率
ZJU
200
解析计算曲线 仿真曲线
瞬时无功功率(Mvar)
模块化多电平变换器
模块化多电平变换器(MMC)的脉冲宽度调制的实验和控制摘要：模块化多电平变换器(MMC)是新一代不需要变压器而实现高、中压电力转换的多级转换器中的一种。
MMC的每相是基于多个双向斩波单元的串级连接。
因此需要对每个浮动的直流电容器进行电压平衡控制。
然而，目前还没有文章涉及到通过理论和实验验证来实现电压平衡控制的明确讨论。
本文涉及两种类型的脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)来解决他们的电路配置和电压平衡控制。
平均控制和平衡控制的结合使脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)在没有任何外部电路的情况下实现电压平衡。
脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)的可行性,以及电压平衡控制的有效性,通过仿真和实验已经被证实。
关键词：电压电力转换，多级转换器，电压平衡控制一、介绍：大功率的转换器的应用需要线性频率变压器来达到加强电压或电流的额定值的目的（见参考文献【1】——【4】）。
2004年投入使用的80MW的静态同步补偿器的转换侧由18个中点箝位(NPC)式转换器组成（文献【4】），每个系列的交流双方串联相应的变压器。
线性变压器的使用不仅使转换器笨重,而且也导致当单线接地故障发生时出现直流磁通偏差（文献【5】）。
最近，许多关于电力系统和电力电子的多级转换的科学家和工程师，参与到多电平变换器为了实现无需变压器而实现中压电力转】换（文献【6】-【8】）。
两种典型的方法有：（1）多级多电平转换(DCMC) （文献【6】, 【7】）;（2）飞跨电容型多电平变换器(FCMC)（文献【8】）。
三电平多级多电平转换器（DCMC）或者NPC转换器已经被投入实际使用，如果在DCMC中电平的数量超过三个，容易导致串联的直流电容内在电压的不平衡，因此两个直流电容需要一个外部电路（例如buck—boost斩波电路）（文献【11】），此外，一个箝位二极管耐压值的增长是非常有意义的，而且这种增长需要每相串联多个模块，这就造成一些困难。
MMC工作原理
17
MMC优点
和二极管箝位结构相比 不需要大量箝位二极管 电容电压容易平衡
和电容箝位结构相比 箝位电容数量大大减少，适合于更高电平
和H桥级联结构相比 不用分离直流电源，省掉移相变压器 易于实现四象限运行
18
MMC工作原理
每个IGBT都被电容箝 位，且任意时刻都有4 个悬浮电容与母线并 联，因此直流母线可 以不需要并联电容。a NhomakorabeaVo=4Vc
对应每一种电平的输 出有大量的冗余开关 状态，控制灵活，易 于实现悬浮电容的电 压平衡。
19
MMC工作原理
每个IGBT都被电容箝 位，且任意时刻都有4 个悬浮电容与母线并 联，因此直流母线可 以不需要并联电容。
上、下桥臂处于各种模式的单元数量相等，其中只有1个单元处于 PWM模式；
不同工作模式和电流方向对悬浮电容的充放电有不同的效果。
在每个载波周期选择电容电压较高的单元工作在放电或 旁路模式，电压较低的单元工作在充电或旁路模式。
25
e)Vo=0
对应每一种电平的输 出有大量的冗余开关 状态，控制灵活，易 于实现悬浮电容的电 压平衡。
23
MMC的PWM调制方法
阶梯波调制：
主要用于级联的单元数量较多的场合，如高压直流输电。 开关频率低，但输出电压谐波较大
空间矢量PWM：
电平数增加时冗余矢量急剧增加，如何选取冗余矢量和开 关序列变得非常复杂，不易扩展到高电平
开关频率低但输出电压谐波较大电平数增加时冗余矢量急剧增加如何选取冗余矢量和开关序列变得非常复杂不易扩展到高电平由于电容电压平衡控制的需要每个单元的参考波由一个pi调节器控制生成完全独立的pwm控制信号
mmc拓扑特点 -回复
mmc拓扑特点-回复MMC（Modular Multilevel Converter）是一种新型的多电平变流器拓扑结构，具有许多独特的特点和优势。
在本文中，我们将逐步回答MMC 拓扑特点相关的问题，以帮助读者深入了解MMC的特性和应用。
第一部分：MMC拓扑结构的基本原理和组成MMC的基本原理是利用多个单元级联，通过各级单元的调制和控制实现电力的转换和控制。
MMC由多个H桥单元组成，每个单元都有一个正对称和一个负对称的半桥，通过串联连接形成多个级联的单元。
1. 什么是MMC拓扑结构？MMC是一种多电平变流器拓扑结构，由多个单元级联组成，能够实现高电压和高功率的变换和控制。
2. MMC的基本组成是什么？MMC由多个H桥单元组成，每个单元由两个逆并联的IGBT器件和二极管组成。
每个单元还包括一个电容和一个电感。
第二部分：MMC拓扑结构的特点和优势MMC拓扑结构具有许多特点和优势，下面我们将逐一介绍。
3. MMC拓扑结构具有什么样的电压水平？MMC拓扑结构可以实现多个电平的输出电压，从而减小谐波成分，提高输出电压质量，并且可以提供可调节的输出电压。
4. MMC拓扑结构的功率损耗小吗？由于MMC采用模块化结构，每个单元的功率损耗都比较小，整个系统的总功率损耗相对较低。
5. MMC拓扑结构的可靠性如何？MMC由多个单元级联组成，每个单元都可以独立控制，所以即使其中一个单元出现故障，整个系统仍然可以正常工作，具有较高的可靠性。
6. MMC拓扑结构的响应速度怎样？MMC的每个单元都有独立的控制系统，可以实现快速响应，并且由于模块化结构，可以同时进行多个操作。
7. MMC拓扑结构的容量扩展性如何？由于MMC是模块化的结构，可以根据需要添加或移除单元，从而实现容量的扩展或收缩。
第三部分：MMC拓扑结构的应用领域MMC拓扑结构由于具有多种特点和优势，在许多领域得到了广泛应用。
8. MMC在电力系统中的应用有哪些？MMC可以用于高压直流输电（HVDC）系统、柔流输电（FACTS）系统以及电能质量调节等方面，能够提高电力系统的稳定性和可靠性。
适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析
适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析模块化多电平换流器（MMC）这种新型拓扑结构的出现极大地促进了柔性直流输电的发展，作为其关键技术之一的调制策略的选择至关重要。
本文首先介绍了MMC的工作原理，其次对于两种常用的适于模块化多电平的调制策略进行详尽的分析，最后比较最近电平与载波移相调制策略的优缺点，为MMC调制策略的选择提供了理论依据。
关键字：MMC；最近电平逼近；载波移相0 引言模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种级联型的变换器具有独特的结构和技术优势，其自身结构简单、高度模块化，扩容能力强，良好冗余性及较低的输出谐波等优点成为新一代柔性直流输电技术的核心设备。
MMC调制策略是直接影响MMC 性能的关键指标之一，其选择至关重要。
目前，可用于MMC 调制的策略主要有最近电平调制、载波移相脉宽调制、载波层叠脉宽调制、阶梯波调制、空间矢量脉宽调制等调制策略，其中较为广泛应用的是最近电平调制和载波移相脉宽调制[2-4]。
1 MMC的基本原理MMC由具有相同结构的三个相单元组成，每相含有上、下两个桥臂，N 个级联的子模块（SM）和一个电抗器串联而成构成一个桥臂单元，SM由两个IGBT、两个反并联二极管和一个电容器构成[1]。
MMC子模块共有三种工作模式，假设S1与S2分别表示两个IGBT的开关状态，定义S1=1表示高电平导通，S2=0表示低电平截止，S2的开关状态定义与S1相同。
当S1=1且S2=0时，子模块处于投入模式，此时，根据子模块电流ism方向的不同可以充电，也可以放电；当S1=0且S2=1时，子模块处于切除模式，此时子模块被旁路，电容电压保持恒定，不充电也不放电；当S1=0且S2=0時，子模块处于闭锁模式，此时子模块的工作状态一般是子模块电容器在故障时被旁路，或者用在启动MMC时对子模块电容器预充电。
2 MMC的调制策略2.1 最近电平逼近调制最近电平逼近（Nearest V oltage Level Modulation，NLM）方法是近期研究较为常用的一种适用于MMC调制控制的方法。
MMC模块化多电平换流器简介
θ
dq abc
VDC controller
iq1* Imax
1: Q control 2: Vac control
Vabc*
Valve controls
vq * id iq
Q*
d/dt
PI
Rate limiter VAC droop controller
Q controller
Q
Vac*
d/dt
Q
PI
vd x1
L
id* id
+-
PI
-+ -
ed
iq iq* +PI
L
-+ +
vq
eq
© Manitoba HVDC Research Centre
|
a division of Manitoba Hydro International Ltd.
7
Modular multilevel converters
0.0150
0.0200
-VDC/2
© Manitoba HVDC Research Centre | a division of Manitoba Hydro International Ltd.
18
Modular multilevel converters
+VDC/2
: Graphs E reference 1.00 Eac MMC
[rad]
Vq
[kV]
Cos(Theta) 1.00 0.50
Va
[kV]
t [s]
0.00 -0.50 -1.00 2.520 2.540 2.560 2.580 2.600 2.620 2.640 2.660 2.680 2.700
模块化多电平(MMC)电压源型换流器工作原理
模块化多电平（MMC）电压源型换流器1柔直输电的基本原理柔性直流输电系统作为直流输电的一种新技术,也同样由换流站和直流输电线路构成。
柔性直流输电功率可双向流动，两个换流站中的任一个既可以作整流站也可以作逆变站运行，其中处在送电端的工作在整流方式，处在受电端的工作在逆变方式。
为简明起见，以典型的三相两电平六脉动型换流器的柔性直流输电换流站为例，介绍柔性直流输电的基本原理。
系统结构如图2-1所示。
由图虚线划分可知，两端柔性直流输电系统可以看作为两个独立的静止无功发生器（STATCOM）通过直流线路联结的合成系统；对于交流系统而言，交流系统向柔性直流换流站提供连接节点，即换流站与交流系统是并联的。
由以上柔性直流输电系统拓扑结构特点分析可知，柔性直流输电系统具有STATCOM进行动态无功功率交换的功能，除此之外，由于两个电压源换流器（VSC）的直流侧互联，它们之间又具备了有功功率交换的能力，可以在互联系统间进行有功潮流的传输。
图2-1两端VSC-HVDC结构示意图（1－两端交流系统；2－联结变；3－交流滤波器；4－相电抗/阀电抗器；5－换流阀；6－直流电容；7－直流电缆/架空线路。
背靠背式两端VSC-HVDC不包含7）柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器/阀电抗器、联结变压器、交流滤波器、控制保护以及辅助系统（水冷系统、站用电系统）等。
电压源型换流器包括换流电路和直流电容器，实现交流电和直流电转换的换流电路由一个或多个换流桥并联（或串联）组成，目前在柔性直流工程中还未出现多个换流桥组成的组合式换流器，但组合式换流器可以达到降低开关频率，减少损耗的目的，在某些情况下也可能被采用。
电压源型换流桥可以采用多种拓扑结构，工程中常用的有三相两电平桥式结构，二极管钳位式三电平桥式结构、模块化多电平结构，还有工程中未曾应用，但研究者比较关注的二极管钳位多电平结构和飞跨电容多电平结构。
换流器中的每个桥有三个相单元，一个相单元有上下两个桥臂，每个桥臂或由一重阀（两电平）构成，或由两重阀（三电平）构成，或由多重阀（多电平）构成。
模块化多电平变换器_MMC_工作原理的分析
科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2012年第5期科●0引言电力电子器件的不断发展，使得由这些器件构成的电压源转换器可以进行直流输电。
相对于传统的直流输电系统，电压源换流器型高压直流输电技术具有一系列的优点，可以实现有功和无功的快速解耦控制。
模块化多电平变换器（MMC ）具有级联型变换器的特点，比较容易实现向多电平拓展，而且可以实现直流侧的“背靠背”连接，十分适用于电压源高压直流输电系统和直驱型风力发电系统。
1MMC 的拓扑结构模块化多电平变换器（MMC ）的拓扑结构是一种新型的多电平变换器结构，它继承了级联式多电平变换器机构的优点，在此基础上，采用充电电容来代替独立电源，克服了难以向多电平发展的不足，同时也降低了每个开关器件所承受的应力。
从机构上来分，目前常见的模块化多电平变换器有三种：星形MMC 变换器、三角形MMC 变换器和双星形MMC 变换器结构。
由于星形和三角形结构的MMC 变换器很难拥有同一的直流端，不易构成变换器，所以我们以双星结构MMC 为例进行研究。
图1是双星形MMC 变换器的拓扑机构示意图，此种机构的MMC 变换器是由三个相同的桥臂组成，每个桥臂上下有相同结构和数目的子模块构成，中间通过两个缓冲电感相连。
子模块结构相同，都是由两个IGBT 串联后与充电电容并联。
由于这种结构都是由相同的模块组成，所以当一个子模块出现问题的时候，可以及时切除坏损模块，投入新模块，保证系统的正常运行。
同时也方便向更高电平拓展，可以通过控制子模块的数目来达到目的。
图1双星形MMC 变换器拓扑结构2MMC 变换器的工作原理多电平变换器的一般原理是由几个电平台阶合成梯形波以逼近正弦波，图1所示的为一个五电平的MMC 变换器的拓扑结构，通过控制子模块中的开关器件IGBT 可以使得子模块工作在不同的状态。
下面通过产生5电平电压的MMC 结构讲述下其具体工作过程。
模块化多电平换流器(MMC)原理简介方案
四象限高压变频器，带绕线异步电机
0.0385 [H]
e1r rectify e1l #1 #2
e2r
3 [MVAR]
Idc e1l
inverter
V
DC1
e1r A
e2l
R=0 Iabc
+ Rroto+r Rroto+r Rrotor
W 0.0
S
IM
0
TL Tload
3、用途介绍
四象限高压变频器，带绕线异步电机
2、主回路参数设计-减小电容后波形
2、主回路参数设计-增加电容后波形
2、主回路参数设计
目前的控制方法，能够满足： 1、在1-50Hz变频工况，功率单元按照30uf/A电容设置，装置保持稳定 2、在50Hz定频工况，功率单元按照15uf/A电容设置，装置保持稳定
如果控制方式能够达到在1-50Hz变频工况，功率单元按照10uf/A 电容设置，装置保持稳定。那么就可以考虑功率单元按照薄膜电容代替电 解电容。
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影 响。 在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态： （a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的 顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。 （b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的 顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
异步电动机的工作特性及变频调速等机调速及矢量控制原理26二交流调速系统的分类交流电动机异步电动机同步电动机励磁同步等动机永磁同步等动机无刷直流电动机及开关磁阻电动机都满足定子电流的频率与转速有严格比例关系定子电流的频率与转速有严格比例关系的条件所以也把它归入同步电动机?交流等动机的定子绕组通入交流等或周期脉冲等流后其定子磁动势是一个旋转或步进旋转的磁动势当交流等动机的定子绕组通入交流等或周期脉冲等流后其定子磁动势是一个旋转或步进旋转的磁动势当等机转子的转速与定子等流的频率有严格比例关系等机转子的转速与定子等流的频率有严格比例关系的等动机称同步等动机无严格比例关系的等动机称无严格比例关系的等动机称异步等动机
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换流器1
换流器2
三相 10 kV 电网
MMC主回路拓扑结构
技术特点
siemens和中国电科院所投 运的VSC-HVDC工程均采用 此拓扑结构。
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低； 3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。 4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且 节约了成本。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。
30
二、起动时应减小起动电流，增大起动转矩
1、绕线式异步电机
降低起动时转子回路中的 x2 与 r2 的比值
提高 cos2
变频起动，在较低的频 率下起动电动机，使起
动时的 x2 减小
转子回路串入
电阻，增加 r2
31
二、起动时应减小起动电流，增大起动转矩
1、绕线式异步电机
大容量绕线电机软启动装置——例如水阻启动、干阻启 动等，原理都是在电机转子回路串入电阻，增加启动转矩。 业内以追日、万洲、大力等为龙头的襄樊软启动企业，占 据全国大部分的市场份额。
为了保持 磁通为常数，调频时应同时调压，使 U/F=C, 变频调速系统常被称为变压变频（VVVF） 调速系统
(Variable voltage,variable frequnecy)
35
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于 直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 ±2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7.07kV 5.77kV 1.3kV 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2×50 Hz×π×145A)=28.6 mH。 在初始引进技术资料中取值20mH。
模块 1AU2
模块 1BU1
模块 1BU2
模块 1CU1
模块 1CU2
模块 1AU20
Larm A
Larm
模块 1AL1
模块 1BU20
Larm
B
Larm
模块 1BL1
模块 1CU20
Larm
C Larm
模块 1CL1
模块 1AL2
模块 1AL20
模块 1BL2
模块 1BL20
模块 1CL2
模块 1CL20
模块 2AU1
模块 2AU2
模块 2BU1
模块 2BU2
模块 2CU1
模块 2CU2
模块 2AU20
模块 2BU20
模块 2CU20
Larm
Larm
Udc
a
b
c
Larm
模块 2AL1
Larm
模块 2BL1
模块 2CL1
模块 2AL2
模块 2AL20
模块 2BL2
模块 2BL20
模块 2CL2
模块 2CL20
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影 响。 在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态： （a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的 顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。 （b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的 顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
MMC主回路拓扑结构
子模块都是两端元件，通过两个开关单元T1和T2的作用， USM可以同时在两种电流方向的情况下进行电容电压UC 与0之间的切换。一个子模块共有三种开关状态： （1）子模块中上IGBT导通，下IGBT关断，子模块端口 电压等于子模块中电容电压，这样根据电流的方向来决 定电容处于充电或是放电状态，此状态称投入状态。 （2）子模块中上IGBT关断，下IGBT导通，子模块的端 口电压等于0，子模块中电容被旁路，子模块电容电压 保持稳定，此状态称切除状态。 （3）子模块上下IGBT均关断，此状态称闭锁状态，一 般在故障与启动时使用。
2、主回路参数设计
功率模块直流电容
模块电容参数的大小直接决定了电容电压的波动范围。在额定工况下，由于功率模块 直流电容的额定电压为2000 V，按照纹波系数 =5%，则直流电容C应满足：
CPM
I ac
4 U SM
578
4 100 5% 2000
4.6mF
因为本次试验方式受到时序限制，所以设置功率模块直流电容10mF。
2 arctg2L2 / r2 接近90o
I2 cos2并不大
cos
很小
2
I
很大
2
T CTiI2 cos2 起动转矩不大
磁通减小
电流较大时，定子漏抗上的压降增大
感应电势 E1减小
29
异步电动机的机械特性表达式
T f (s)曲线
T f s曲线
Tem
Tst
s1
0
有曲线段和直线段组成，以最大转矩Tm 为界。
32
2、鼠笼型异步电机 在不影响“能起动”的前提下，尽可能减小起动电流， 以减小起动电流对电网的冲击
I. 降压起动（起动电流减小，起动转矩随电压平方减小）
1 自耦变压器降压起动
2 Y 转换起动
3 定子回路串电抗器起动 4 用晶闸管构成的交流调压器降压起动
33
2、鼠笼型异步电机
II. 某些特种电机，利用“挤流效应”设计深槽转子电机，或双鼠笼转 子电机。原理都是提高起动时的转子电阻，增加启动转矩，达到降 低启动电流的目的。但是这些方式会增加有功功率损耗。
Sn1 Sn2
Ean －+C
Sn3 Sn4
Ebn
+C
－
HBbn
va Rs Ls ica
pcc isa
vb Rs Ls icb
pcc isb usb
vc Rs Ls icc pcc
isc
usa
NS
usc
Ecn －+C HBcn
ilc ilb ila
Ea2 －+C HBa2
Eb2
+C
－
HBb2
Ec2 －+C HBc2
(1
s)
60 f1 p
(1
s)
转矩物理表达式 T CTi I2 cos2 转矩的参数表达式
T Pem m1I22r2 / s
1
1
2f1
m1 pU12r2 / s r1 r2 / s 2 x1 x2
2
28
起动时，转子中的电势、
电流的频率等于或接近
于电源频率
f2 f1
转子漏抗 x2 2L2比转子电阻 r2大很多
2、主回路参数设计-减小电容后波形
2、主回路参数设计-增加电容后波形
2、主回路参数设计
目前的控制方法，能够满足： 1、在1-50Hz变频工况，功率单元按照30uf/A电容设置，装置保持稳定 2、在50Hz定频工况，功率单元按照15uf/A电容设置，装置保持稳定
如果控制方式能够达到在1-50Hz变频工况，功率单元按照10uf/A 电容设置，装置保持稳定。那么就可以考虑功率单元按照薄膜电容代替电 解电容。
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
➢ 电感量越大，电流波形越好控制、并网冲击越小、环流抑制越方便，但是电感 压降越大、成本越高。因为需要更多的功率单元支撑才能发出同等无功功率。 ➢ 电感量越小，柜体体积和成本越低，但是系统稳定性变差。对控制算法提出更 高要求。
通过电科院动模试验，目前已经把桥臂电感量从20mH下降到5mH。实际上在系统 仿真模型中，桥臂电感量可以达到3mH并且系统保持稳定。
3、用途介绍
柔性直流输电
R=0 R=0
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
0.0385 [H]
rectify e1r Idc
e1l inverter
e1l
e1r
#1 #2
e2r DC1 e2l
#1 #2
0.0385 [H]
3 [MVAR]
10 [MW]
A端 电 网
B端 电 网
3、用途介绍
load
Ea1 －+C HBa1
Eb1 －+C HBb1
Ec1 －+C HBc1
Si1
u
di
Si 2
Si3
uoi
Si 4
n 链式串联拓扑结构
功率单元全桥拓扑结构
全桥主回路拓扑结构
每个H桥输出产生SPWM波，基 波成分为：
U1 Um sin(t)
N级功率单元串联，最大输出 电压：
Ua NUm sin(t)
Sn1
E an
+ －C
Sn3
Sn 2 Sn 4
E ai
Si1 + －C
Si3
S11
E a1
+ －C
S13
Si 2 Si 4 S12
S14
三角波移相载波原理
uc
ur
u
O t
uo uo
Ud
uof
O
t
-Ud
表示uo的基波分量 单极性PWM调制波形图，单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur 和uc的交点时刻控制IGBT的通断
四象限高压变频器，带绕线异步电机
0.0385 [H]
e1r rectify e1l #1 #2
e2r
3 [MVAR]
Idc e1l
inverter
V
DC1
e1r A
e2l
R=0 Iabc