模块化多电平换流器(MMC)原理简介..
柔性直流输电技术
3)容量相对较小:由于目前可关断器件的电压、电流额定值都比晶闸管低，如不采用多个可关断器件并联，MMC 的电流额定值就比LCC低，因此相同直流电压下MMC基本单元的容量比LCC基本单元(单个6脉动换流器)低。但是， 如采用MMC基本单元的串、并联组合技术，柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的，技术上 并不存在根本性的困难。本书后面有专门章节讨论将MMC基本单元进行串、并联组合构成大容量换流器的技术。 可以预期，在不远的将来，柔性直流输电也会采用特高压电压等级，其输送容量会与传统特高压直流输电相当。
柔性直流输电技术
4)不太适合长距离架空线路输电:目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC,在直流侧发生短路 时，即使ICBT全部闭锁，换流站通过与IGBT反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，从而无法像传统直流输 电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。所以，目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时，清 除故障的手段是跳换流站交流侧开关。这样，故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。当直流线路采用电 缆时，由于电缆故障率低，且如果发生故障，通常是永久性故障，本来就应该停电检修，因此跳交流侧开关并 不影响整个系统的可用率。而当直流线路采用长距离架空线时，因架空线路发生暂时性短路故障的概率很高， 如果每次暂时性故障都跳交流侧开关，停电时间就会太长，影响了柔性直流输电的可用率。因此，目前的柔性 直流输电技术并不完全适合用于长距离架空线路输电。针对上述缺陷，目前柔性直流输电技术的一个重 要研究 方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的电压源换流器,本书后面多章内容就是针对此问题而展开的。可以预 期，在很短的时间内，这个问题就能被克服。
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工作原理
mmc工作原理
MMC（Modular Multilevel Converter）是一种多级模块化变流器，用于将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电。
它由多个模块组成，每个模块都包含一个电容和一个开关器件（通常是IGBT或IGCT）。
MMC的工作原理如下：
1. 输入电压：MMC的输入电压可以是直流电压或交流电压。
如果输入电压是直流电压，MMC将其转换为交流电压；如果输入电压是交流电压，MMC将其转换为直流电压。
2. 模块电压：每个模块都有一个电容，用于存储能量。
当开关器件打开时，电容充电，当开关器件关闭时，电容放电。
通过控制开关器件的开关状态，可以调节模块电压的大小。
3. 多级结构：MMC由多个模块组成，每个模块的电压可以独立控制。
通过调节每个模块的电压，可以实现对输出电压的调节和控制。
4. PWM调制：为了实现对输出电压的精确控制，MMC使用脉宽调制（PWM）技术。
通过调节开关器件的开关频率和占空比，可以控制输出电压的大小和波形。
5. 电流平衡：MMC还具有电流平衡功能，可以在不同模块之间均衡电流分配，以提高系统的稳定性和可靠性。
总的来说，MMC通过控制模块电压和开关状态，实现对输入电压的转换和输出电压的调节。
它具有模块化、高可靠性和高功率密度等优点，在电力系统中广泛应用于高压直流输电、电动汽车充电等领域。
1。
MMC柔性直流电基本原理
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。
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
基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器
基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，多电平变换器已成为现代电力系统中重要的研究方向之一。
模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）因其高电压、大容量的特性，在高压直流输电（HVDC）、风力发电和电机驱动等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究一种基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM（脉冲宽度调制）整流器，通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的分析，为现代电力电子系统的优化设计与稳定运行提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了模块化多电平变换器的基本原理和五电平PWM整流器的拓扑结构，阐述了其在现代电力电子系统中的重要性和优势。
接着，详细分析了五电平PWM整流器的工作原理，包括其调制策略、开关状态切换以及功率因数校正等方面。
在此基础上，本文提出了一种适用于五电平PWM整流器的控制策略，旨在实现高效、稳定的能量转换和电网接入。
本文还对五电平PWM整流器的性能进行了仿真和实验研究，验证了其在实际应用中的可行性和有效性。
通过对比传统整流器与五电平PWM整流器的性能，本文进一步证明了新型模块化多电平变换器在提升电力电子系统性能、降低谐波污染和提高能源利用效率等方面的优势。
本文的研究对于推动模块化多电平变换器和五电平PWM整流器在现代电力电子系统中的应用具有重要意义。
通过对其拓扑结构、工作原理和控制策略的研究，有望为电力电子技术的发展提供新的思路和方向，为现代电力系统的智能化、绿色化和高效化提供有力支持。
二、模块化多电平变换器原理及特性分析随着电力电子技术的不断发展，模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）已成为高压大功率应用中的关键设备。
MMC以其独特的结构设计和灵活的扩展性，在电力系统中得到了广泛应用。
本文所研究的五电平PWM整流器，正是基于MMC的一种实现方式。
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)
模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析_屠卿瑞
高电压技术第36卷第2期2010年2月28日H igh Voltage Engin eering,Vol.36,No.2,Feb.28,2010模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析屠卿瑞,徐政,郑翔,管敏渊(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘要:模块化多电平换流器型直流输电(M M C-H V DC)是新一代多电平电压源换流器直流输电拓扑,它利用多个子模块串联,并采用特定的触发方式使桥臂电压波形逼近正弦,但其三相间的内部环流使得流过桥臂的正弦电流产生畸变,增大了桥臂电流的峰值,从而提高了对开关器件电流容量的要求。
为研究桥臂环流的计算方法,通过瞬时能量平衡关系,分析了M M C内部环流的产生机理,指出其为2倍基波频率,且为负序性质,并进一步推导了环流大小的解析表达式,为选择桥臂串联电抗器,抑制环流提供了依据。
最后通过PSCA D/EM T DC搭建了21电平M M C-H VDC双端系统模型,并采用了子模块电压均衡控制方法,仿真结果验证了该模型的有效性和环流计算公式的准确性。
关键词:模块化多电平换流器;直流输电;环流;2倍频;负序;电压均衡中图分类号:T M文献标志码:A文章编号:1003-6520(2010)02-0547-06Mechanism Analysis on the Circulating Cu rrent in Modular MultilevelConverter Based HVDCT U Qing-r ui,XU Zheng,ZH ENG Xiang,GUAN M in-yuan (Departm ent of Electr ical Engineering,Zhejiang U niversity,H angzhou310027,China) Abstract:M odular multilevel co nv erter based H V DC(M M C-H V DC)is a new g ener atio n of V SC-H V DC to po lo gy pr oposed by Siemens.Sever al sub modules and specific mo dulat ion ar e applied in a sine wav eform of arm v oltage. Due to the discrepancy of three-phase arm voltag e,circulating current appears amo ng the three-phase unit.T he circulating cur rent distort s the sine arm curr ent and increases its peak v alue,so the requir ements o f curr ent rating incr ease.Based on the co nserv atio n of ener gy,we analyzed the mechanism of circulating curr ent,indicating that it is a neg ative sequenced,fr equency-doubled cur rent.F ur thermor e,the analyt ical ex pression of circulating current w as der ived.So t he basis for select ing series r eact or to damp t he cir culating current w as pro vided.T he mo del o f M M C-HV DC w ith21voltage-lev els w as realized by P SCA D/EM T DC.Simulatio n results sho w a clo se ag reement w ith the calculation results o f circulating cur rents.Key words:mo dula r multilevel co nverter;H V DC;cir culating curr ent;do uble-fr eqency;negat ive sequence;vo ltag e balancing0引言近年来,高压大功率全控型电力电子器件(IG-BT,IGCT)发展迅速,使得基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-H VDC)越来越得到工业界的青睐。
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
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。
《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》范文
《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》篇一一、引言随着电力系统的不断发展，柔性直流配电网作为一种新型的配电系统，在电力传输和分配中发挥着越来越重要的作用。
而模块化多电平换流器（MMC）作为柔性直流输电的核心设备，其保护方案的研究对于整个配电网的安全稳定运行至关重要。
本文将就基于MMC的柔性直流配网保护方案进行深入研究，以期为实际工程应用提供理论支持。
二、MMC技术概述MMC技术是一种基于多电平技术的换流器技术，具有较高的电压传输能力、低谐波污染和灵活的控制策略等优点。
MMC 的组成主要由子模块、桥臂和上下两个电桥构成，其中每个子模块包含一个全控型开关器件和一个限流电感。
MMC通过控制子模块的开关状态，实现直流电的传输和分配。
三、柔性直流配电网保护需求分析柔性直流配电网具有高可靠性、高灵活性、低损耗等优点，但同时也面临着诸多挑战，如故障定位、故障隔离、系统保护等问题。
针对这些问题，需要设计一套有效的保护方案，以保障配电网的安全稳定运行。
保护方案需要具备快速性、准确性、可靠性和灵活性等特点。
四、基于MMC的柔性直流配网保护方案设计针对柔性直流配电网的保护需求，本文提出了一种基于MMC的柔性直流配网保护方案。
该方案主要包括以下几个方面：1. 故障检测与定位通过采集MMC各相电压、电流等信号，结合电力电子技术，实时监测配电网的运行状态。
当发生故障时，通过分析故障电流、电压等特征，快速定位故障位置。
2. 故障隔离与恢复一旦检测到故障，保护方案将迅速启动故障隔离策略，通过控制MMC的开关状态，将故障区域与正常区域隔离。
同时，启动恢复策略，尽快恢复非故障区域的供电。
3. 系统保护与协调控制为保证整个配网系统的安全稳定运行，需对系统进行全面保护。
通过设置过流、过压、欠压等保护措施，防止设备损坏。
同时，通过协调控制策略，实现各保护装置之间的配合与联动。
五、方案实施与验证为验证本文所提保护方案的可行性和有效性，可在实际工程中进行应用与验证。
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vb Rs
Ls Ls
ica
icb
pcc isa isb pcc
usb
vc Rs
Sn1
Ean
+ C －
icc
pcc
isc
NS
usa
usc
Sn2
S i1
Sn4
E bn C
+ －
Si 3
Sn3
HBbn
E cn C
+ －
HBcn
ilc ilb ila
E a2
+ －
C
HBa2
+ E b2 － C
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主回路拓扑结构
什么是MMC?
模块化多电平换流器（modular-multilevel-converter，MMC）的 简称。siemens和中国电科院所投运的VSC-HVDC工程均采用此拓扑结 构。现在泛指半桥-模块化-多电平-逆变器。
MMC主回路拓扑结构
模块 1AU1
模块 1AU2
模块 1BU1
模块 1CU1
模块 2AU1
模块 2AU2
模块 2BU1
模块 2CU1
模块 1BU2
模块 1CU2
模块 2BU2
模块 2CU2
模块 1AU20
模块 1BU20
模块 1CU20
模块 2AU20
模块 2BU20
模块 2CU20
Larm
三相 10 kV 电网
Larm
B
Larm
Larm
Larm b
三相 10 kV 电网
（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。
具体开关状态如表1所述。 表1 子模块的工作状态
MMC主回路拓扑结构
表1 子模块的工作状态 模式 1 2 3 4 5 6 T1 1 1 0 0 0 0 T2 0 0 1 1 0 0
HBb2
E c2 +C －
HBc2
load
u di
Si 2 Si 4
uoi
Ea1
+ －
C
HBa1
+ E b1 － C
HBb1
E c1 +C －
HBc1
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：
Sn1
E an
+ C －
Sn 2
U1 U m sin(t )
MMC变流器原理介绍
基本原理
US
I
UC
U
在电网中，有功功率从相位超前侧流向相位滞后侧，无功功率由电压幅值高侧流向幅 值低侧！
基本原理
US
I UL
UC
US
I
UL
UC
U
UC
US
t
U
US UC
t
I Us UL I Uc UC > US时, I 为容性
UC
UL US
UC < US 时，I 为感性
全桥串联主回路拓扑结构
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、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 578 4.6m F 4U SM 4 100 5% 2000
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。
A
C Larm
模块 1AL1
Udc
a
c
Larm
模块 2AL1
Larm
模块 1BL1
Larm
模块 1CL1
Larm
模块 2BL1 模块 2CL1
模块 1AL2 模块 1AL20
模块 1BL2 模块 1BL20
模块 1CL2 模块 1CL20
模块 2AL2 模块 2AL20
模块 2BL2 模块 2BL20
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。
iSM
>0 <0 >0 <0 >0 <0
USM UC UC
0 0
状态 投入 投入 切除 切除 闭锁 闭锁
UC
0
MMC主回路拓扑结构
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
桥臂电感作用 1、交流连接电感
2、抑制相间环流
3、抑制短路电流
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。
N级功率单元串联，最大输出 电压：
E ai
Sn3
Sn 4
Si1
+ CSi 4
U a NU m sin(t )
E a1
S11
+ C －
S12
S13
S14
三角波移相载波原理
uc ur
u
O
t
uo uo Ud uof
O
t
-U d
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
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