模块化多电平结构的整流逆变装置的开发
新型模块化多电平换流器的设计与应用
第50卷第1期电力系统保护与控制Vol.50 No.1 2022年1月1日Power System Protection and Control Jan. 1, 2022 DOI: 10.19783/ki.pspc.201639新型模块化多电平换流器的设计与应用于 飞，王子豪，刘喜梅(青岛科技大学自动化与电子工程学院，山东 青岛 266061)摘要：随着电力系统电压等级的不断升高，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)桥臂中串联的子模块数量增多，硬件成本升高，制约了其在直流输电系统中的发展。
针对这些问题，通过分析多电平换流器和现有的阶调式模块化多电平变换器(Gradationally Controlled Modular Multilevel Converter, GC-MMC)的工作原理，提出了一种新型的换流器。
为了解决新型逆变器的电容电压平衡问题，提出了一种适用于新型逆变器的新型稳压算法。
最后在Matlab/Simulink环境下搭建了双端标幺值控制的柔性直流输电系统，将新型逆变器应用于系统中进行了验证。
仿真结果表明，新型换流器输出电平数量比普通MMC多，输出交流侧和直流侧的波形质量达到直流输电要求。
通过对新型逆变器和普通MMC分别进行成本计算，结果表明新型逆变器的建设成本大大少于普通MMC。
关键词：模块化多电平换流器；阶调式多电平逆变器；阶调式模块化多电平变换器；电容电压平衡算法A gradationally controlled modular multilevel converter and its applicationYU Fei, W ANG Zihao, LIU Ximei(College of Automation & Electric Engineering, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266061, China)Abstract: With the increasing voltage level of power systems, the number of serial sub-modules in the bridge arm of a modular multilevel converter (MMC) increases, and the hardware costs increase. This restricts its development in the direct current transmission system. In order to solve these problems, a new type of converter is proposed by analyzing the working principle of a multi-level converter and the existing gradationally controlled modular multilevel converter (GC-MMC). In order to solve the problem of capacitor voltage balance of the new inverter, a new voltage regulation algorithm suitable for the new inverter is proposed. Finally, in the Matlab/Simulink environment, a flexible HVDC transmission system based on the new inverter's double-terminal SCM unit value control is built and verified. The simulation results show that the output level of the new converter is more than that of the common MMC, and the quality of the waveform of the output AC and DC side can meet the requirements of DC transmission. Through the cost calculation of the new inverter and the common MMC respectively, the results show that the construction cost of the new inverter is much less than the common MMC.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61803219).Key words: MMC; gradationally controlled multi-level inverter; GC-MMC; capacitor voltage balancing controlled algorithm0 引言随着电力系统的不断发展，电力系统的规模也在不断扩大，直流输电[1-3]已经成为我国电力输电的重要组成部分。
模块化多电平换流器改进简化模型及分析
文章编号：１００４－２８９Ｘ（２０２０）０６－００３２－０５模块化多电平换流器改进简化模型及分析张?一１，陈和洋２，罗赫平１（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 ３５０１０８；２ 国网龙岩供电公司，福建 龙岩 ３６４０００）摘 要：模块化多电平换流器（ＭＭＣ）在电平数较多情况下采用等效模型进行电磁暂态仿真对解决仿真效率低问题具重要意义。
实际子模块中存在均压电阻，现有建模方法往往对其进行忽略，本文对含均压电阻的受控源桥臂等效模型建模进行改进简化，进一步提高ＭＭＣ受控源等效模型仿真的精度和效率。
方法通过对ＭＭＣ子模块开关器件以开关状态形式进行简化，基于递推Ｄｏｍｍｅｌ等值计算方法，降低子模块电容电压更新计算复杂度进而提高仿真效率。
并在ＰＳＣＡＤ软件进行仿真分析两种常见详细等值模型，为ＭＭＣ模型选取提供选择依据。
关键词：模块化多电平换流器；受控源等效模型；电磁暂态仿真中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：ＢＩｍｐｒｏｖｅｄＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒＺＨＡＮＧＸｕａｎ ｙｉ１，ＣＨＥＮＨｅ ｙａｎｇ２，ＬＵＯＨｅ ｐｉｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＬｏｎｇｙａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ３５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉ ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＭＭＣ）ａｄｏｐｔａｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｌｅｖｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｖｏｌｔ ａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｕｂｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｔｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｗｉｔｈｖｏｌｔａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅＭＭＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｔｈｅＭＭＣｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｃｕｒ ｓｉｖｅＤｏｍｍｅｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｕｐｄａｔｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＩｎＰＳＣＡＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｗｏｃｏｍｍｏｎｄｅｔａｉｌｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭＭＣｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１ 引言直流输电技术凭借着其适合远距离大容量传输的特点得到了广泛的推广和发展，是解决能源资源优化配置的有效方法之一。
多电平逆变器的工作原理、控制方法以及仿真
目录第一章绪论 (1)1.1多电平逆变器的背景 (1)1.2多电平逆变器的研究现状 (2)1.3多电平逆变器的应用 (3)第二章多电平逆变器的种类介绍 (6)2.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.2电容箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.3H桥级联式多电平逆变器及其优缺点 (7)第三章多电平变换器PWM调制策略 (8)3.1多电平变换器PWM调制策略的分类 (8)3.2多电平SPWM调制策略 (9)3.2.1 SPWM调制策略 (9)3.2.2 载波垂直分布多电平调制策略 (9)3.2.3 载波水平移相多电平调制策略 (10)3.2.4多载波SPWM调制策略谐波分析 (10)3.3多电平SVPWM调制策略 (46)3.3.1 SVPWM调制策略 (46)第四章多电平逆变器中的电压平衡技术 (48)第五章三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略与仿真 (53)5.1三电平NPC逆变器SPWM方法 (53)5.2基于MATLAB的三电平NPC逆变器SPWM仿真 (54)5.2.1仿真系统整体框图 (54)5.2.2 基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块 (55)5.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块 (57)5.3.1 SPWM开关信号的发生模块 (57)5.3.2仿真结果与分析 (57)5.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块 (58)5.4.1 SFOPWM开关信号的发生模块 (58)5.4.2仿真结果与分析 (58)5.5三电平NPC逆变器SPWM的实验结果 (59)5.6小结 (59)第六章总结展望 (60)第一章绪论1.1 多电平逆变器的背景电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来,经过近半个世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。
在低压小功率的用电领域,电力电子技术的各个方面己渐趋成熟,将来研究的目标是高功率密度、高效率、高性能;而在高压大功率的工业和输配电领域,各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。
多电平逆变电路
多电平逆变电路
多电平逆变电路是一种能将直流电源转换为可变频率、可变幅
值交流电源的电路。
它由多个电平组成，通过在电路中加入电容、电感等元器件，可以得到不同的输出电压，实现对输出波形的调节。
多电平逆变电路主要由以下几部分组成：
1. 直流输入模块：该模块主要由直流电源、电容滤波器和直流
输入端元件组成。
直流输入模块的作用是将输入的脉冲直流电源
转换为平滑的直流电源，为后续的逆变模块提供直流电源。
2. 逆变模块：该模块的核心是由多个电平组成的全桥逆变电路，包括两组双开关电路和一个输出变压器。
逆变模块的作用是将直
流电源转换成交流电源，通过调节电容、电感等元器件的参数，
可以得到不同的输出电压。
3. 控制模块：该模块主要由控制器和驱动电路组成，用于控制
逆变模块的开关电器的开关时间和状态，实现对输出波形的控制。
4. 输出滤波模块：该模块主要由输出电路滤波器和负载组成，
用于滤除逆变模块输出波形中的谐波和噪声，提高波形的质量，
并将电能输出到负载中。
多电平逆变电路具有如下优点：
1. 输出电压、频率、幅值可自由调节，适用范围广。
2. 电路结构简单，易于实现。
3. 效率高，输出波形质量好。
4. 适合多种负载，能够满足不同的应用需求。
总之，多电平逆变电路是一种十分实用的电路，在工业生产、交通运输、电力能源等领域有着广泛应用。
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。
功率单元串联多电平结构的高压变频器解析方案
功率单元串联多电平结构的高压变频器解析方案1 引言在火力发电厂中，风机和水泵是主要的耗能设备，通常情况下其输入能量的15～20%被电机和风机或水泵本身所消耗，约35～50%的输入能量被档板或阀门节流所消耗，因此对发电厂的风机和水泵进行节能改造具有很大的潜力。
如果用电动机调速装置来代替原来的风门、档板、阀门来调节流量，将取得显著的节能效果。
变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。
变频系统首先将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电，供给交流电动机，从而改变电机的转速。
这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，规格系列齐全可以满足各种不同需求，因而被广泛采用，是较具发展前途的理想调速方法。
特别是电流源型高压变频器在动态精度要求高的地方具有明优势，适用于轧机、提升设备的应用。
三电平高压变频装置，由于其器件较少，结构相对简单，较适合于3.3kv或4.16kv的电机应用。
功率单元串联多电平结构的高压变频器，适合于风机水泵类负载，但不适合用在对动态要求很高的地方。
2 高压变频器选用的技术因素高压变频器除了应具备通用变频器所具有的基于拖动系统要求的各项技术性能之外，由于其大功率的缘故，在一些低压小功率变频器中并不重要的问题，在这里却显得很重要，主要包括：2.1谐波对厂用电系统的影响高压变频器的整流和逆变电路都使用了电力电子器件的开关特性，在其输入和输出端都会产生波形畸变。
由于高压变频器一般功率较大，其功率可能占厂用电系统容量的相当大一部分，因此，这种畸变对于供电线路和负载电机两方面都会造成有害的影响，如变频器输出电流谐波可能会造成电机过热，产生过大的噪声，影响电机的寿命;而且电机必须“降额”使用。
这一点与低压变频器有很大的不同。
降低高压变频器谐波电流对电源电压的影响，较根本的方法是尽可能减少以至消除高压变频器本身电流的波形畸变。
高压变频器输入谐波畸变必须控制在ieee-519和gb12668标准规定的范围内，不应对厂用电系统中其他负载的正常工作造成影响。
多电平逆变器的主电路结构及其工作原理
多电平逆变器的主电路结构及其工作原理1. 引言多电平逆变器是一种广泛应用于电力电子领域的电路结构，它可以将直流电能转换为多个不同电平的交流电能，使得电能的输出更加稳定和高效。
本文将介绍多电平逆变器的主电路结构以及其工作原理。
2. 主电路结构多电平逆变器的主电路结构主要包括直流电源、开关器件、电容和电感等元件组成。
2.1 直流电源直流电源是多电平逆变器的输入端，通常是通过整流器将交流电能转换为直流电能。
直流电源的电压和容量决定了多电平逆变器的输出能力。
2.2 开关器件开关器件是控制多电平逆变器工作的关键组成部分。
常用的开关器件包括MOSFET、IGBT和GTO等。
通过控制开关器件的导通和关断过程，可以实现直流电能到交流电能的转换。
2.3 电容和电感电容和电感是用来滤波和储能的元件。
电容可以平滑输出电压和电流，减小输出的波动性；而电感则可以储存电能，并提供稳定的电流输出。
3. 工作原理多电平逆变器的工作原理是通过调整开关器件的导通和关断时间，控制输出电压的波形和电平数量。
具体工作原理如下：1. 初始化阶段：启动逆变器时，在给定的电压和电流条件下，控制开关器件的初始状态。
2. 正常工作阶段：在逆变器正常工作时，开关器件按照预设的控制规律进行导通和关断。
通过合理的开关频率和占空比控制，可以实现多电平输出，从而提高输出的波形质量和效率。
3. 故障恢复阶段：当逆变器遇到故障或异常情况时，及时进行故障检测和处理，保证逆变器的安全稳定运行。
4. 应用领域多电平逆变器广泛应用于电网无功补偿、电力传输、工业控制和新能源领域等。
它的高效稳定的输出特性，使得它成为了现代电力电子系统中不可缺少的关键技术。
5. 结论多电平逆变器的主电路结构和工作原理已在本文中进行了简单介绍。
深入了解和研究多电平逆变器的电路结构和工作原理，对于提高电能转换的效率和质量具有重要意义。
以上是关于多电平逆变器的主电路结构及其工作原理的文档，希望对您有所帮助。
模块化多电平换流器原理及应用
模块化多电平换流器原理及应用模块化多电平换流器是一种电力电子设备，用于实现多电平电压波形的转换和控制。
它由多个子模块构成，每个子模块负责产生一个电平的电压波形，通过合理的组合和控制，可以实现所需的多电平输出。
本文将介绍模块化多电平换流器的原理和应用。
1. 原理：模块化多电平换流器的原理基于电力电子技术和PWM调制技术。
它采用多个子模块，每个子模块包含一个逆变桥和一个滤波电路。
逆变桥将输入直流电压转换为交流电压，滤波电路对输出波形进行滤波，以得到所需的电平。
通过合理的控制和组合，可以实现多种电平的输出。
2. 应用：模块化多电平换流器在电力系统中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：（1）高压直流输电系统：在高压直流输电系统中，模块化多电平换流器可以实现高效的电压转换和控制，提高输电效率和稳定性。
（2）电动车充电桩：模块化多电平换流器可以用于电动车充电桩中，实现对电动车的快速充电和电压的精确控制。
（3）可再生能源发电系统：在可再生能源发电系统中，模块化多电平换流器可以将不同类型的可再生能源（如太阳能、风能等）转换为交流电并注入电网。
（4）工业电力系统：在工业电力系统中，模块化多电平换流器可以实现对电力负载的精确控制和优化，提高电力系统的稳定性和效率。
3. 优势：模块化多电平换流器相比传统的换流器具有以下优势：（1）高效性：模块化多电平换流器可以实现高效的电压转换和控制，减少能量损耗和系统热量。
（2）灵活性：模块化多电平换流器由多个子模块构成，可以根据实际需求灵活组合和控制，适应不同的电压和功率要求。
（3）可靠性：模块化多电平换流器由多个子模块组成，故障发生时只需替换故障模块，不会影响整个系统的运行。
（4）可扩展性：模块化多电平换流器可以根据需求进行扩展，增加或减少子模块，以适应不同的应用场景。
4. 发展趋势：随着电力电子技术和控制技术的不断发展，模块化多电平换流器在未来有着广阔的发展前景。
以下是一些发展趋势：（1）提高功率密度：随着半导体器件的不断进步，模块化多电平换流器的功率密度将会越来越高，实现更小体积和更高效率的换流器。
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。
分布式逆变电源的模块化及并联技术
分布式逆变电源的模块化及并联技术近年来，随着能源供应链的不断优化和新能源技术的快速发展，分布式逆变电源的模块化及并联技术逐渐成为能源领域的热门话题。
分布式逆变电源作为电能转换设备的一种重要形式，其模块化及并联技术在提高能源利用率、提升系统可靠性、实现集中化管理等方面发挥着重要作用。
我们来了解一下分布式逆变电源的基本概念。
分布式逆变电源是指将直流电能转换为交流电能的设备，通常被广泛应用于太阳能发电、风能发电、电动汽车充电等领域。
而模块化技术则是将电源系统划分为多个独立的模块，并通过合理的连接形式和控制策略实现系统的灵活配置与多样组合。
而并联技术则是将多个逆变器组成一个整体，实现功率的叠加和系统的冗余，从而提高系统的可靠性和运行效率。
在当前能源环境日益严峻的形势下，分布式逆变电源的模块化及并联技术的重要性日益显现。
模块化设计使得整个电源系统具有更好的灵活性和可扩展性。
以太阳能发电系统为例，通过将逆变器、储能装置、智能控制器等模块化设计，可以根据不同的用电需求和能源资源配置，实现灵活组合和多样化应用，从而最大限度地提高能源的利用率和系统的安全性。
分布式逆变电源的并联技术可以实现系统功率的叠加和系统的冗余设计，提高了系统的容错能力和可靠性。
在风能发电系统中，多个分布式逆变电源并联运行，即使其中的某一部分发生故障，也不会影响整个系统的正常运行，保障了电网的稳定可靠运行。
与此通过并联运行的方式，还可以实现系统功率的叠加，提高了系统的整体效率和经济性。
另外，分布式逆变电源的模块化及并联技术还有助于实现集中化管理和智能控制。
通过智能控制器对整个系统进行监测和调度，可以实现对各个模块的精细化控制和优化运行，提高了系统的能源利用效率和运行效率。
在电动汽车充电系统中，通过模块化设计和智能控制，可以实现对电池组、充电桩等设备的集中监控和远程调度，提高了充电效率和用户体验。
分布式逆变电源的模块化及并联技术对于提高能源利用率、提升系统可靠性、实现集中化管理等方面发挥着重要作用。
逆变器主回路拓扑
逆变器主回路的拓扑结构有多种，以下是一些常见的拓扑结构：
1.电压型逆变器主回路拓扑：电压型逆变器主回路采用电压源型结构，主要由整
流器、滤波电容和逆变器三部分组成。
整流器将输入的直流电转换为交流电，滤波电容用于储存电能，逆变器将直流电逆变为交流电供给负载。
2.电流型逆变器主回路拓扑：电流型逆变器主回路采用电流源型结构，主要由输
入滤波器、电流源逆变器、输出滤波器和负荷组成。
输入滤波器用于滤除谐波，电流源逆变器将直流电逆变为交流电，输出滤波器用于滤除谐波，负荷为逆变器的输出。
3.多电平逆变器主回路拓扑：多电平逆变器主回路采用多电平结构，主要有二极
管钳位型、电容飞跨型和级联多电平型等。
多电平逆变器能够输出多电平电压，因此其输出电压的波形更接近于正弦波，可以减小谐波对电网的影响。
4.矩阵式逆变器主回路拓扑：矩阵式逆变器主回路采用矩阵式结构，将多个电压
型或电流型逆变器组合在一起形成矩阵式逆变器。
矩阵式逆变器的输出电压和电流可以同时达到最大值，因此其输出功率可以最大化。
以上是一些常见的逆变器主回路拓扑结构，实际应用中需要根据具体需求选择合适的拓扑结构。
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。
模块化多电平直流变压器及其调制方法与设计方案
图片简介:本技术提供了一种模块化多电平直流变压器及其调制方法，其中直流变压器，包括变压器子模块；所述变压器子模块包括一次侧部分、二次侧部分以及储能电容部分；所述一次侧部分、二次侧部分以及储能电容部分这三个部分级联；所述储能电容部分包括电容；所述一次侧部分、二次侧部分均通过反向串联的开关管与储能电容部分相连接。
本技术拓扑结构无内部交流链接变压器，实现直流初级侧与直流次级侧的直接功率变换，提升传输效率，减小装置体积；拓扑的模块化结构增大系统冗余度，能够提升装置可靠性；新型子模块的应用，能够实现直流变压器系统变比的大范围在线调节功能。
技术要求1.一种模块化多电平直流变压器，其特征在于，包括变压器子模块；所述变压器子模块包括一次侧部分、二次侧部分以及储能电容部分；所述一次侧部分、二次侧部分以及储能电容部分这三个部分级联；所述储能电容部分包括电容；所述一次侧部分、二次侧部分均通过反向串联的开关管与储能电容部分相连接。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平直流变压器，其特征在于，所述一次侧部分包括设定数量的开关管、第一P接口P1以及第一N接口N1。
3.根据权利要求2所述的模块化多电平直流变压器，其特征在于，所述二次侧部分包括设定数量的开关管、第二P接口P2以及第二N接口N2。
4.根据权利要求3所述的模块化多电平直流变压器，其特征在于，多个所述变压器子模块分别通过第一P接口P1、第一N接口N1、第二P接口P2以及第二N接口N2依次电连接。
5.根据权利要求3所述的模块化多电平直流变压器，其特征在于：-所述第一P接口P1和第一N接口N1之间设置有反向并联的开关管；和/或-所述第二P接口P2和第二N接口N2之间设置有反向并联的开关管。
6.一种模块化多电平直流变压器调制方法，其特征在于，所述模块化多电平直流变压器包括三种工作模式，即工作模式1、工作模式2以及工作模式3；工作模式1：一次侧部分的第一P接口P1和第一N接口N1在设定状态下的开关管的作用下，经储能电容部分连通；二次侧部分的第二P接口P2和第二N接口N2在设定状态下的开关管的作用下，短路储能电容部分，直接连通；工作模式2：一次侧部分的第一P接口P1和第一N接口N1在设定状态下的开关管的作用下，短路储能电容部分，直接连通；二次侧部分的第二P接口P2和第二N接口N2在设定状态下的开关管的作用下，经储能电容部分连通；工作模式3：一次侧部分的第一P接口P1和第一N接口N1在设定状态下的开关管的作用下，短路储能电容部分，直接连通；二次侧部分的第二P接口P2和第二N接口N2在设定状态下的开关管的作用下，短路储能电容部分，直接连通。
多电平变流器的主电路结构及其工作原理
多电平变流器的主电路结构及其工作原理1. 引言多电平变流器是一种用于电力转换和调节的重要电力电子设备。
它能够将输入交流电源转换为多种不同电平的输出电压，广泛应用于直流输电、工业电机驱动和电力系统稳定控制等领域。
本文将介绍多电平变流器的主要电路结构以及其工作原理。
2. 主电路结构多电平变流器的主电路通常由以下几部分组成：2.1 整流器多电平变流器的输入是交流电源，而输出是直流电压。
在多电平变流器的主电路中，通常会采用整流器来将输入的交流电源转换为输出的直流电压。
整流器的类型可以有多种选择，如单相或三相整流桥、混合整流器等。
2.2 电容滤波器为了使输出电压更加稳定，多电平变流器主电路中还会添加一个电容滤波器。
电容滤波器主要用于平滑直流电压的波动，减小输出电压中的脉动成分。
通过合适的电容选择，可以有效降低电压的谐波含量，提高系统的稳定性。
2.3 逆变器在多电平变流器的主电路中，逆变器是起到关键作用的部分。
它能够将直流电压转换为多电平的交流电压，实现多电平变流器的输出功能。
逆变器通常采用硅控整流器或者现代高压功率电子器件（如IGBT、IGCT等）来实现。
2.4 电感滤波器逆变器输出的交流电压通常含有谐波成分，为了减小这些谐波，多电平变流器的主电路中还会添加一个电感滤波器。
电感滤波器通过合理设计的电感参数，能够有效滤除逆变器输出电压中的谐波成分，使得输出电压能够更好地符合电力系统的要求。
3. 工作原理多电平变流器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 输入电源的交流电压经过整流器转换为直流电压。
2. 直流电压经过电容滤波器进行平滑处理，减小脉动成分。
3. 经过逆变器将直流电压转换为多个电平的交流电压。
4. 输出电压经过电感滤波器进行谐波滤除，使得输出更接近纯正弦波形。
5. 输出的多电平交流电压可以根据实际需求进行调节和控制。
多电平变流器的工作原理涉及到多个电力电子元件的协同作用，通过适当控制和调节这些元件的工作状态，实现对输入电压的转换和输出电压的调节。
模块化多电平换流器(MMC)原理简介方案
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
三相 10 kV 电网
模块 1AU1
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
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。
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
模块化多电平高压直挂电池储能系统
模块化多电平高压直挂电池储能系统：创新与挑战在当今科技飞速发展的时代，电力系统的革新已成为推动社会进步的重要驱动力。
其中，模块化多电平高压直挂电池储能系统作为一种前沿技术，正逐渐崭露头角。
它就像一颗耀眼的明星，照亮了未来电力系统的发展道路。
然而，这颗明星并非完美无缺，其背后也隐藏着诸多挑战和问题。
首先，让我们来了解一下这个系统的核心原理。
模块化多电平高压直挂电池储能系统，顾名思义，是由多个电池模块组成的储能系统。
这些模块通过高压直流母线直接并联在一起，形成一个庞大的能量池。
与传统的低压电池储能系统相比，它具有更高的电压等级和更大的功率容量，能够更好地满足大规模电力需求。
这种设计就像一座巍峨的山峰，屹立在电力系统的巅峰之上，为整个电网提供稳定而强大的支撑。
然而，这座山峰并非不可攀登。
在实际应用中，模块化多电平高压直挂电池储能系统面临着诸多挑战。
首先，安全问题是不容忽视的。
由于系统工作在高电压环境下，一旦发生故障或短路，后果将不堪设想。
这就好比在山顶上行走，稍有不慎就可能跌入万丈深渊。
因此，如何确保系统的安全性和可靠性成为了亟待解决的问题。
其次，成本问题也是制约该技术发展的重要因素。
目前，模块化多电平高压直挂电池储能系统的成本仍然较高，这主要是由于其复杂的结构和高端的技术要求所致。
高昂的成本使得许多潜在用户望而却步，限制了其在更广泛领域的应用。
这就好比一座昂贵的豪宅，虽然豪华舒适，但并不是每个人都能负担得起。
再者，技术成熟度也是需要考虑的因素。
尽管模块化多电平高压直挂电池储能系统在理论上具有诸多优势，但在实际工程应用中仍存在许多技术难题需要攻克。
例如，如何实现模块之间的高效协同控制、如何提高系统的能量转换效率等。
这些问题都需要科研人员进行深入的研究和探索。
这就好比一条蜿蜒曲折的道路，虽然前方充满了希望和机遇，但也需要我们不断努力才能到达目的地。
最后，环境影响也是不容忽视的问题。
虽然模块化多电平高压直挂电池储能系统在运行过程中不会产生直接的污染物排放，但其制造过程和使用后的回收处理可能会对环境造成一定的影响。
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模块化多电平结构的整流逆变装置的开发
提出了并设计了一种模块化多电平结构的整流逆变装置，对其的工作原理和装置结构进行简单的介绍。
通过研究分析了多电平结构的整流逆变装置在高电压传输过程的中的许多优点，结合所学习的内容从原理上分析了装置的可行性，设计出了装置的整体流程图，并在quartus ii 9.0工作平台上搭建了工程，在其配套的multisim上进行的仿真实验，并用FPGA器件搭建了最低层的IGBT控制系统进行了简单的控制。
标签：多电平整流逆变高压传输
引言：现在电已经遍及生活的方方面面，基于电力的便于传输的特点，能源的传输大多以电的方式进行，而电又具有不能大量储存的特点，所以电是一种产生，传输和使用不可分离的资源。
现实生活中，无论是家庭用电还是工业用电都是用的交流电，而自然资源生成的方式又是交流，那为什么我们还要白白耗费能量将交流电转化为直流电进行传输呢。
这是因为高压直流输电有很多交流输电不能企及的有点：输送相同功率时，线路造价低；线路有功损耗小；适宜于海下输电；系统的稳定性问题好；能限制系统的短路电流；调节速度快，运行可靠。
正是由于高压直流输电的种种好处，我们才设计了这套用于整流和逆变的装置，用以将发电侧生成的交流电转变成高压直流电进行远距离的传输，送到了用电侧之后进行逆变，将直流电又重新变为交流电，以前多使用两到三电平的装置进行整流逆变，但是后来发现那种方式产生的电能损耗大，并且电能质量差，产生的谐波对电网影响大。
使用了模块化多电平结构的整流逆变装置的优点有：电能损耗减少，优化了电能质量，多模块化的结构易于装置的维护和调整，能不间断运行，不会因为一个子模块发生故障就使整个装置停止运作。
不过对控制方法的要求高了，通过我们的模拟分析开发出一种可以简单控制但效果也较好的控制方法。
在1980年IAS年会上，A.Nabae等人最早提出了多电平换流器的概念。
八十年代以来，随着电力电子器件的发展，特别是GTO、IGBT等大功率可控器件耐压等级不断提高，以DSP，FPGA为主的控制芯片得到推广与应用，使得多电平换流器的研究迅猛发展，这种发展不仅仅体现在拓扑结构、PWM控制策略和软关技术等方面，还体现在DC-AC变换，AC-DC变换，AC-AC变换以及DC-DC 变换的电力工业领域[22]。
相比于传统两/三电平换流器，多电平换流器具有以下明显特点[1]：
（1）直流（交流）电压在各个开关器件中平均分配，各功率器件承受较低的电压值，这样可有效降低关器件耐压值，适用于高压大功率场合。
（2）随着级联数增加，交流侧输出电平数增多，输出电压、电流更接近正弦波，输出电压电流谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）明显降低。
（3）在输出电压等级相同的情况下，多电平换流器各开关元件的关频率低，开关损耗小，效率高。
（4）釆用多电平结构通常交流侧可以省略多重化变压器，这样就可以减小装置体积和损耗，经济性更优，可靠性更高。
1.装置整体结构的分析
装置是由四个部分组成，分别是：总控制层，幅值相位调节层，阀层，开关层。
控制层用来提供系统所需要的P和Q，将信息传输到幅值调节层用以调节直流侧的电压的幅值和相位，其中由公式可知。
阀层用来决定上下臂的器件开通关断数量，开关层用来具体控制IGBT的关断并采集器件的信息反馈给阀层，再由阀层向上层进行传输，由最高层下达指令决定是否将器件移除以保证装置的安全。
因为涉及到经费等多方面的原因，我们只进行了关于开关层的实物实验，即通过FPGA器件进行环境因素的采集其中包括了12位的电压采集，过压采集，欠压采集，过流采集，温度采集，将数据存放于24位的帧当中进行数据的传输和采集。
根据每个子模块功率器件的开关状态和电流的流向不同，子模块的工作状态大致可分为“闭锁”、“投入”、“旁路”、“切除”四种工作状态。
当子模块运行于“闭锁”状态时，上下IGBT均未触发，此时电流经D1流向电容向电容充电，或者电流通过D2对电容电压无影响。
该状态多发生在非正常工作状态（如直流侧短路或者交流侧短路）。
当子模块运行于“投入”状态时，上IGBT触发导通而下IGBT未触发，此时电流经向电容充电或经上IGBT对电容进行放电。
当子模块运行于“旁路”状态时，旁路交流开关知导通，电流不流过子模块。
该状态多发生在子模块发生内部故障的条件。
当子模块运行于“切除”状态时，上IGBT未触发而下IGBT触发导通，此时电流经下IGBT或D2，该状态对电容电压均没有任何影响。
2.装置拓扑结构的分析
a，b，c分别为三相交流侧的电压源，sm就是子模块，每个桥臂由2m个子模块组成，上下桥臂分别为m，m为考虑冗余后的电平数量，实际每次导通的子模块个数为n，n的个数又直流侧要求的电压决定，比如直流侧要求的电压为2000v，每个子模块上电容的电压大小为100v，那么n就的等于20，即上下桥臂一共要导通20个子模块。
对模块化多电平整流逆变器工作原理进行分析时，假设子模块电容电压不变，为u0，直流侧电压为Udc，上桥臂导通模块数为Np，下桥臂导通模块数为Nn，则：
可见，通过控制上下桥臂子模块的导通数量，就可以改变交流侧的输出电压。
通过对上下桥臂进行恰当的触发控制，整流逆变器就可以输出期望的交流电压[4]。
逆变器得到的输出电压为阶梯型的模拟正弦波，而由交流侧输入直流侧的电压的相位与整流逆变器输出的波形有一个相位差，幅值也不一样，正是由于这两个因素使得能量能从交流侧传入直流侧即产生P和Q。
直流侧形成交流电压的原理是采用最小电平逼近策略，即用多个小的阶梯波来模拟生成正弦波。
3.开关层的设计
开关层主要承担的任务是进行模块电压的采集和各种温度，压力等环境因素的数据采集，在电压采集中，我们运用芯片Ads7886产生12位的电压数据，同时设计电路来进行过温过压的检测，并用0，1数据来表示。
部分原理如图1所示。
4.结束语
通过几个月的实验和探索，我们将模块的底层做出来了，并进行了一系列的测试，发现测试的结果在误差范围之内，我相信在未来的几个月的时间中一定能将装置其余的部分完成。
参考文献
[1]许湘莲.基于级联多电平逆变器的STATCOM及其控制策略研究[D].武汉：华中科技大学，
2006.
[2]模块化多电平动态电压恢复器的研究（翟晓萌，赵成勇，李路遥102206）
张润峰男作者单位：华北电力大学。