模块化多电平变换器研究综述_谢瑞
模块化多电平变换器多载波调制策略及其电容电压平衡技术的研究
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模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究1. 引言模块化多电平变换器是一种多级电力电子变换器，能够将直流电压转换为多个不同电平的交流电压。
它在工业和电力系统中广泛应用，具有高效、高可靠性和灵活性等优点。
本文将详细探讨模块化多电平变换器的调制与控制策略研究。
2. 模块化多电平变换器调制策略2.1 基础调制策略基础调制策略是指将模块化多电平变换器中的各个电平通过一定逻辑关系进行调制，以获取期望的输出电压波形。
常见的基础调制策略有： - 脉宽调制（PWM）：通过调整脉宽比来控制输出电压的幅值。
- 脉振调制（PWM）：通过调整脉冲数量来控制输出电压的幅值。
2.2 多电平合成调制策略多电平合成调制策略通过将多个电平的脉宽信号叠加起来形成最终的输出电压波形，以实现较高分辨率的电压调控。
常见的多电平合成调制策略有： - 多载波脉宽调制（MCPWM）：将多个载波信号与基础调制策略相结合，实现多电平的合成。
- 多电平脉振调制（MSPWM）：通过多个脉冲数量来实现多电平的合成。
3. 模块化多电平变换器控制策略3.1 传统控制策略传统的控制策略主要包括： - 比例积分控制（PI控制）：通过调整比例项和积分项的权重，实现输出电压的稳定控制。
- 直接功率控制（DPC）：通过测量输出功率并与期望功率进行比较，控制模块化多电平变换器的操作状态。
- 直接转换功率控制（DTPC）：将输出功率与期望功率的差值直接转换为控制信号，实现精确的功率控制。
3.2 先进控制策略先进的控制策略主要包括： - 预测控制（Model Predictive Control，MPC）：利用数学模型预测系统未来的行为，并根据预测结果进行控制决策。
- 模糊控制：基于模糊逻辑的控制方法，根据输入和输出的模糊集合关系进行控制决策。
- 神经网络控制：利用人工神经网络模拟人脑的学习和决策过程，实现模块化多电平变换器的自适应控制。
4. 实验研究与应用本文基于模块化多电平变换器进行了一系列实验研究，并将其应用于电力系统中。
模块组合多电平变换器的研究综述
模块组合多电平变换器的研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，多电平变换器作为一种高效、可靠的电力转换方式，在能源转换、电机驱动、电网接入等多个领域得到了广泛应用。
其中，模块组合多电平变换器因其模块化设计、易于扩展和维护等优点，受到了广泛关注。
本文旨在对模块组合多电平变换器的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。
本文将介绍模块组合多电平变换器的基本原理和分类，包括其基本结构、工作原理以及常见的拓扑结构。
在此基础上，将重点分析模块组合多电平变换器的性能特点，如输出电压波形质量、效率、动态响应等，以及其在不同应用场合中的优势和局限性。
本文将综述模块组合多电平变换器的关键控制技术，包括调制策略、均压策略、故障诊断与容错控制等。
这些控制技术对于提高变换器的性能、稳定性和可靠性具有重要意义。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在为相关研究人员提供有关模块组合多电平变换器控制技术的全面认识。
本文将展望模块组合多电平变换器的研究趋势和前景。
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，模块组合多电平变换器将面临更多的应用需求和挑战。
本文将对未来的研究方向和潜在的应用领域进行探讨，以期为相关领域的研究和发展提供有益的启示。
二、多电平变换器的基本原理与分类多电平变换器是一种电力电子装置，其核心思想是通过产生多个不同的直流或交流电平，以实现对输出电压或电流的精细控制。
这种变换器在高压大功率应用场合中特别受欢迎，因为它能有效减少开关过程中的电压和电流应力，从而降低开关损耗，提高整体系统效率。
多电平变换器的基本原理在于利用多个独立或相互关联的电压源或电流源，生成多个不同的电平。
通过合适的控制策略，这些电平可以被有效地组合和切换，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在电压和电流波形上更为平滑，产生的谐波分量更少，对电网的污染也更小。
中性点钳位型（NPC）：NPC多电平变换器通过在直流侧引入多个电容器，并将它们与开关管相连，形成多个电平。
中国科学 模块化多电平换流器范围
模块化多电平换流器（MPC）是一种先进的电力电子变换器，广泛应用于各种电力系统中。
在中国，科学研究在模块化多电平换流器领域取得了显著进展。
以下是对这一领域研究内容的总结：
1. 模块化多电平换流器的拓扑结构：研究了不同拓扑结构的模块化多电平换流器，以满足不同应用场景的需求。
2. 控制策略：针对模块化多电平换流器的控制策略进行了深入研究，包括电压平衡控制、环流控制、功率因素校正等。
3. 模块化多电平换流器的应用：研究了模块化多电平换流器在直流输电、可再生能源并网、储能系统等领域的应用。
4. 模块化多电平换流器的可靠性：针对模块化多电平换流器的可靠性进行了研究，包括器件选择、热设计、过电压保护等方面。
5. 模块化多电平换流器的仿真与实验：开展了模块化多电平换流器的仿真与实验研究，以验证控制策略和系统性能。
6. 模块化多电平换流器的标准化：研究了模块化多电平换
流器的标准化问题，以促进其在电力系统中的广泛应用。
总之，中国在模块化多电平换流器领域的科学研究涵盖了从拓扑结构、控制策略到应用、可靠性、仿真与实验以及标准化等方面，取得了丰富的研究成果。
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究随着电力系统对高效、可靠和经济的需求不断增加，多电平变换器在变频驱动等领域得到了广泛应用。
在多电平变换器中，调制与控制策略是影响其性能的重要因素。
本文就模块化多电平变换器的调制与控制策略进行研究，旨在提供更加高效、可靠和经济的控制方案。
一、多电平变换器的基本结构与控制策略多电平变换器的基本结构是由多个单元变换器级联组成，其中单元变换器的输出电压取决于其输入电压和开关状态。
多电平变换器的核心控制策略是调制，即对输入电压进行合理的分配和调整，以使输出电压满足设定的要求。
常见的多电平变换器控制策略包括：基于脉宽调制（PWM）的空间载波调制（SPM）、基于时间调制（TDM）的相位移调制（PPM）和基于选择性谐波消除（SHR）的控制策略等。
其中，SPM是一种常用的PWM策略，其主要思想是在极低频率的基础波上添加高频三角波进行调制，以达到分配电压等级的目的。
PPM则是另一种常用的技术，其通过改变不同单元变换器之间的输出相位来减少谐波，并简化了使用交流串联电容的电路，具有比SPM更好的性能。
二、模块化多电平变换器的调制与控制策略对于传统的多电平变换器，其控制信号需要在各个单元变换器之间传递，且每个单元变换器都需要进行复杂的调制计算，影响了控制效率。
而模块化多电平变换器通过将多个单元变换器分为不同的模块进行控制，可以有效提高控制效率。
本研究所采用的控制策略是基于模块化多电平变换器的，其主要特点是利用多模块转换器（MMC）替代传统的单元变换器，从而实现模块之间的直接串联，可以大大简化控制和调制计算。
在MMC的控制中，呈线性的母线电压需要通过合适的载波调制技术来变换为一系列的电平电压。
本研究所采用的基于MMC的控制策略是基于SHR技术的，其主要思想是通过选择特定的振荡频率来消除Harmonic L / N (N，L = 1, 3, 5 ...)所产生的谐波，从而保证输出电压的质量和稳定性。
模块化多电平矩阵变换器的控制研究
模块化多电平矩阵变换器的控制研究摘要：本文研究了一种新型的模块化多电平矩阵变换器（MMC）控制方法，该方法将传统MMC的控制方式进行改进，使其具有更高的可靠性和更好的控制性能。
在该方法中，将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块都由一个独立的控制器控制，同时，使用一种新型的状态估计算法，提高了MMC的控制精度和稳定性。
通过仿真实验和实际硬件实验验证了该方法的可行性和有效性。
关键词：模块化多电平矩阵变换器；控制；单元模块；状态估计算法1. 引言随着电力系统的快速发展和对电力品质的日益重视，多电平矩阵变换器（MMC）作为一种新型的柔性交直流转换装置被广泛应用。
传统MMC的控制方法主要是基于模型预测控制和PI控制，虽然这种控制方法具有一定的控制精度和稳定性，但是在实际应用中，MMC存在着许多难以克服的问题，如控制精度低、容易产生谐波、并网容易出现故障等问题。
因此，如何提高MMC的控制性能、降低控制成本是一个非常重要的问题。
2. MMC的模块化控制针对MMC存在的问题，本文提出一种新的模块化控制方法。
该方法将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块由一个独立的控制器控制。
这种模块化的控制结构不仅可以降低整个控制系统的复杂度，而且可以降低成本，提高可靠性。
同时，由于单元模块能够独立地进行相应的控制策略，因此可以更加精细地控制MMC，从而提高控制性能。
3. MMC的状态估计算法为了更加精确地估计MMC的状态，本文提出了一种新型的状态估计算法。
该算法基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和输出反馈控制器（OFC），通过对MMC的状态进行动态估计，可以准确、全面地反映MMC的工作状态，从而实现对MMC的高效控制。
4. 仿真与实验验证为了验证模块化MMC控制和状态估计算法的有效性，本文进行了一系列的仿真和实验研究。
仿真结果表明，模块化控制结构可以有效地降低MMC的谐波含量，提高MMC的并网能力和控制精度。
同时，状态估计算法可以准确地反映MMC的状态，从而实现更好的控制效果。
模块化多电平变换器关键问题研究综述
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《2024年模块组合多电平变换器(MMC)研究》范文
《模块组合多电平变换器（MMC）研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，高压大功率的电力变换系统已成为电力系统的重要一环。
其中，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的变换器拓扑结构，以其优越的性能和良好的灵活性，得到了广泛的关注和应用。
本文将对MMC的基本原理、特点及其在电力系统中的应用进行研究。
二、模块组合多电平变换器（MMC）的基本原理和特点MMC是一种基于模块化设计的多电平变换器，其基本原理是将多个子模块通过串联的方式组成一个整体，形成一个具有多电平输出的变换器。
每个子模块包含一个IGBT桥臂、一个电容和相关的保护电路等。
当需要调节输出电压时，通过控制各个子模块的通断状态，即可实现电压的调节和电能的质量控制。
MMC具有以下优点：1. 高电压输出：由于采用了多电平技术，MMC能够输出更高的电压，适用于高压大功率的场合。
2. 谐波性能好：多电平技术能够降低输出电压的谐波分量，减小对电网的污染。
3. 模块化设计：MMC采用模块化设计，方便了维护和升级。
4. 灵活性高：通过调整子模块的通断状态，可以灵活地控制输出电压和电能质量。
三、MMC在电力系统中的应用MMC在电力系统中的应用非常广泛，主要表现在以下几个方面：1. 新能源并网：MMC可以用于风电、光伏等新能源的并网系统中，实现电能的转换和传输。
2. 柔性直流输电：MMC可以用于构建柔性直流输电系统，实现电能的远距离、大容量传输。
3. 电机驱动：MMC可以用于电机驱动系统中，实现电机的高效、可靠运行。
4. 电力质量改善：通过MMC的多电平技术和灵活的控制策略，可以有效地改善电力系统的电能质量，减少谐波对电网的污染。
四、MMC的研究进展和挑战近年来，MMC的研究已经取得了重要的进展。
研究人员对MMC的控制策略、保护机制、故障诊断等方面进行了深入的研究，提出了许多新的思路和方法。
同时，随着新材料、新技术的不断发展，MMC的性能和效率也得到了进一步的提高。
基于光纤复用技术的模块化多电平变换器控制系统研究中期报告
基于光纤复用技术的模块化多电平变换器控制系统研究中期报告摘要：本文介绍了一种基于光纤复用技术的模块化多电平变换器控制系统。
该系统采用了分布式的控制架构，通过光纤复用传输控制信息，实现了高速、低时延的控制通信。
本文重点研究了控制系统中的关键技术，包括信号采集、控制算法、光纤复用通信等方面。
为了验证系统的性能，我们进行了一系列实验，结果表明，该控制系统在多电平变换器控制方面具有较好的性能，能够实现高效稳定的控制。
关键词：光纤复用；模块化多电平变换器；控制系统；实验1. 引言随着电力电子技术的迅猛发展，多电平变换器作为一种新型的转换器拥有了越来越广泛的应用。
在多电平变换器中，为了提高输出电压的质量和稳定性，需要对各个电平进行精确控制。
在传统的控制方法中，由于数据传输的限制和过大的计算量，存在着通信时延较长、控制精度不高等问题。
因此，开发一种高速、可靠的多电平变换器控制系统具有重要的意义。
本论文提出了一种基于光纤复用技术的模块化多电平变换器控制系统。
该系统采用了分布式的控制架构，通过光纤复用传输控制信息，实现了高速、低时延的控制通信。
本文从信号采集、控制算法、光纤复用通信等方面，详细介绍了控制系统的设计及实现，并进行了一系列实验验证系统的性能。
2. 系统设计本节介绍系统的整体设计，包括系统架构、控制模块、通信模块等方面。
2.1 系统架构本系统采用了分布式的控制架构，如图1所示。
该系统由多个电平模块和一个控制节点组成，每个电平模块对应于一个电平输出。
控制节点负责采集每个电平模块的反馈信号，并根据控制算法生成相应的控制命令，通过光纤复用传输到各个电平模块，完成控制任务。
图1 系统架构2.2 控制模块控制模块由信号采集模块、控制算法模块和控制输出模块三部分组成，如图2所示。
图2 控制模块信号采集模块负责采集各个电平模块的反馈信号，反馈信号包括输出电压、电流等参数。
控制算法模块利用反馈信号计算出需要输出的电压和电流，根据电平数值将输出转化为多个PWM信号。
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。
《多电平变换器的分析与研究开题报告3400字》
2011年7月，额定电压士30kV，功率18MW，直流电缆长8.6km的“上海南汇风电场柔性直流输电工程”正式投入运行，这是我国第一项基于MMC的柔性直流输电工程，也是亚洲首项柔性直流输电示范工程。MMC自提出至今，已经成为国内外研究的热点，各国学者对其进行了广泛研究，MMC在高压直流输电领域以及高压无功功率补偿领域都有广阔的应用前景。
三、毕业设计(论文)工作进度安排
时间（迄止日期）工作内容
2017.6.1-2017.6.30查阅有关资料，确定毕业设计题目；
2017.7.1-2017.7.5根据毕业设计任务书，拟定初步设计方案，撰写并完成开题报告；
2017.7.6-2017.7.12分析介绍MMC的运行原理；
2017.7.13-2017.8.5建立MMC的数学模型；
开题报告
课题
多电平变换器的分析与研究
选题类型
一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：
（一）国内外研究现状
多电平变换器是以满足直流输电、无功功率补偿、有源电力滤波器等电力电子装置在电力系统中的应用来发展的。
上世纪50年代，一种新型的、高效的、环保的变换器思路—多电平电压源型换流器开始出现，并受到越来越多的关注。多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换，它无需工频变压器和均压电路。其基本思想是通过多电平台阶的合成，以使输出电压波形接近正弦波，电平数越多越接近正弦波。其输出电压波形电平数大于或等于3，常见的有三电平、五电平、七电平和九电平等，在一些特别场合其电平数也可达上百个。由于输出电压电平数的增加，使得输出电压波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小。如今，针对多电平变换器技术的研究已经成为国内外学者研究的热点。
高压多电平双向DCDC变换器文献综述
高压多电平双向DCDC变换器文献综述引言随着电力电子技术的不断发展,高压多电平双向DCDC变换器得到了广泛的应用,在现代化工业、军事电子、电力系统中有着重要的地位。
高压多电平双向DCDC变换器具有高效率、高功率密度、小体积、快速响应等优点。
本文旨在对高压多电平双向DCDC变换器的相关文献进行综述和归纳。
文献综述文献一：高可靠性高压多电平DC-DC双向变换器这篇文献中提出了一种高可靠性高压多电平DC-DC双向变换器，并针对该变换器设计一种新型控制器。
该设计中使用了模块化的设计思路，运用VHDL语言进行编程，实现双向DC-DC变换器中的PWM控制和PID控制。
该文献中的实验表明，所设计出的双向变换器具有较好的输出电压质量，输出电流质量和性能稳定性。
同时，该变换器还具有较低的噪声水平和出色的短路保护功能，可以在不同的负载条件下提供高质量的输出电流。
通过使用模块化的设计，该文献所设计出的高压多电平DC-DC双向变换器具有较高的可靠性和稳定性。
文献二：基于GAN的高压多电平双向DCDC变换器网络模型该文献利用深度学习算法中的生成对抗网络（GAN）来建立高压多电平双向DCDC变换器网络模型，并测试其在不同负载下的稳定性和可靠性。
该文献中还引入了一种基于欧拉法的离散控制策略，在不同工况下也有着较好的输出质量和稳定性。
该文献中的实验结果显示，使用GAN网络模型的双向DCDC变换器在不同的负载条件下仍然具有出色的性能，具有较低的失调问题和毛刺问题，运行效率也得到了较大的提高。
而且使用欧拉离散控制策略的实验结果也验证了其在高压多电平双向DCDC变换器的应用效果。
文献三：基于LQR控制的高压多电平双向DCDC变换器该文献中提出了一种基于线性二次调节（LQR）控制器的高压多电平双向DCDC变换器，并对其进行仿真测试。
该设计中使用MATLAB工具箱对双向DCDC 变换器进行数值仿真，对变换器进行多种负载工况的测试。
实验结果表明，使用LQR控制器的高压多电平双向DCDC变换器具有较好的稳定性和鲁棒性，能够在负载改变的情况下快速适应并调节输出电压，具有较好的干扰抗性和降噪效果。
模块化多电平变换器的数学建模与分析
模块化多电平变换器的数学建模与分析当今世界经济发展所面临的重要课题之一就是如何节约能源、保护环境。
其中，用于电力变换的模块化多电平变换器就是一个非常重要的技术手段。
而对于模块化多电平变换器来说，数学建模和分析就显得尤为重要。
本文将介绍模块化多电平变换器的数学建模和分析方法，希望能为相关研究提供一些借鉴和参考。
一、模块化多电平变换器的概念及特点模块化多电平变换器是一种应用于高功率电力电子补偿、驱动等领域的电力变换器。
与传统电力变换器相比，它具有更高的功率密度、更好的电力质量和更高的效率等优点。
其实现方法是通过并联多个交流电源和电容、电源开关器件，在无需任何额外的输出滤波器的条件下，构成多个输出电平，实现直流电压变换。
模块化多电平变换器具有以下几个特点：1.可重构性：可根据不同的应用需求选择不同的电压级数目，实现最佳的功率匹配。
2.高效率：由于无需输出滤波器，因此不仅能够减少磁性元件的大小和重量，还能提高效率。
3.输出电压质量优秀：在满足一定的调制策略下，输出电压具有较低的失真和较小的开关噪声。
4.可靠性高：由于输出过电压和过电流保护，使模块化多电平变换器具有更高的可靠性。
二、模块化多电平变换器的数学建模模块化多电平变换器的数学建模实质上就是描述它的输入-输出关系。
以下将介绍两种不同的数学建模方法。
1.能量平衡法建模能量平衡法建模的主要思路是通过能量守恒原则，建立模块化多电平变换器的电路方程，用于分析其输入和输出电路的关系。
具体而言，在模块化多电平变换器的等效电路图中，利用基尔霍夫电流和电压定律，分别对每个电容、电源开关进行分析，建立其电路方程。
同时，在考虑开关状态的同时，对每个开关器件进行电流通道和电压通道的分析，建立对应的拓扑结构。
2. 矢量控制法建模矢量控制法建模的思路是将模块化多电平变换器的电路分解为多个独立的等效电路，并对每个等效电路进行控制。
通过电压调制和电流控制两部分控制方式，精确控制每个等效电路的状态，实现对整个模块化多电平变换器的控制。
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）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
【期刊名称】《电器与能效管理技术》
【年(卷),期】2017(000)008
【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。
【总页数】5页(P43-47)
【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
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5.中压模块化多电平换流器降低开关频率的锯齿载波最近电平-脉宽调制方法
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图 2 模块化多电平子模块类型
则有：
ìïipj í îïinj
= =
i cirj i cirj
+ -
1 2
i
sj
1 2
i
sj
（2）
交流侧电压为 vj ，列写上下两个桥臂的 KVL 方
程，有：
ìïïvj í îïïvj
= =
1 2
-
Vdc - vpj - L
1 2
Vdc
+
vnj
+
dipj
dt
L
dinj dt
出，上、下桥臂电感对于输出电压而言为并联关系，并
作为输出电感的一部分与输出等效阻抗相串联，从而
可以将等效的桥臂输出点前移到 j′ 点，桥臂输出电压
为 vj′ ，则有：
vj′
=
1 2
(v
nj
- vpj) =(Ls
+
1 2
L)
disj dt
+
v sj
（5）
（c） 双箝位模块
（d） 箝位型三电平模块
（e） 飞跨电容型三电平模块
明，最近电平调制法简单、易实现，一般结合排序算法实现电容电压平衡，适用于子模块数较多的场合，载波移相法的等效开关频率
较高，输出电压谐波小，可以利用闭环算法或者排序算法实现电容电压平衡，在子模块数较少时仍可适用。
关键词：模块化多电平变换器；直流输电；阶梯波调制；载波移相调制；电容电压平衡
中图分类号：TM464 文献标志码：A
0引 言
电能是现代社会不可缺少的能源，随着世界经济 的飞速发展，各行各业对电力的需求越来越大，因此 造成的能源短缺、环境污染等问题日益严重。在这种
背景下，以风力发电、太阳能发电为代表的可再生能 源发电技术正逐渐成为未来电力技术的发展方向和 研究热点［1］。但这些清洁能源存在位置分散、远离负 荷中心等特点，基于电压源变换器（VSC）的柔性直流 输电系统（VSC-HVDC）由于其经济、灵活、电能质量
1 拓扑结构及工作原理
1.1 拓扑结构 三相模块化多电平变换器拓扑结构如图 1 所示。
图 1 中每一个标有 SM 的方块均代表一个子模块。在
不考虑冗余的情况下，模块化 N +1 电平变换器由 6N 个子模块组成，每相有 2N 个子模块，上、下桥臂各包 含 N 个依次串联的子模块和一个桥臂电感 L ，每相的 输出从两个桥臂电感之间引出。
效电路，并总结了各种子模块拓扑的应用场合。同时针对 MMC 不同的调制方法，利用精确的解析表达式对其线性度、谐波特性进行
了比较分析。针对 MMC 不同的电容电压平衡策略，从系统成本、控制复杂度、系统损耗分布等方面进行了比较研究。介绍了国内已
经建成的和正在建设的 4 条基于 MMC 的柔性直流输电工程，比较了这 4 条线路的电压等级、系统容量以及运行特点。研究结果表
（3）
由式（1~3）可得：
ìíîïïïï2vjL=ddi12cti(rjv=nj
-v Vdc
)pj -
(v
1 2
L
disj dt
pj + vnj)
（4）
由式（4）可以得到输出电压和环流的等效电路，
图 1 模块化多电平拓扑结构
模块化多电平变换器的子模块有多种类型［8］，多
电子模块类型如图 2 所示。半桥模块是最早提出的、 也是应用最广泛的子模块，上、下两个开关管互补导
通，输出电压有电容电压和零两个电平，目前绝大部
分已经建成的或者在建的基于 MMC 的直流输电工程 均采用的是半桥子模块。但是半桥子模块不能通过
在国外柔性直流输电技术飞快发展的同时，国内 科研工作者和电力行业相关企业也对柔性直流输电技 术进行了广泛研究，上海南汇风电场并网项目、舟山多 端柔性直流输电工程、南澳三端柔性直流输电工程以 及大连跨海柔性直流输电工程纷纷启动或者投入运 行，标志着我国在柔性直流输电领域有着很好的基础。
本研究在阐述 MMC 的拓扑结构和运行机理后， 重点总结目前 MMC 研究中常用的调制技术和电容电 压平衡策略，并比较这些方法的优、缺点和适用范围， 最后展示我国目前已经建成的或者在建的 4 个基于 MMC 的柔性直流输电工程。
阀控技术限制直流侧短路时的故障电流，因此全桥模
块和双箝位子模块相继被提出。在输出同等电平数的
情况下，全桥子模块使用的开关器件是半桥子模块的
两倍，而且始终有两个开关器件投入电路，导通损耗较
大，而双箝位子模块使用的开关管介于全桥子模块和
半桥子模块之间，导通损耗也是介于两者之间，因此双
箝位子模块在未来的基于 MMC 的直流输电工程中具 有广阔的前景。
谢 瑞 1 ，胡 列 翔 2 ，徐 建 国 1 ，周 志 超 1 ，钱 锋 1 ，高 志 林 1
（1. 浙江省电力设计院，浙江 杭州 310012； 2. 国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310007）
摘要：针对模块化多电平变换器（MMC）的各种子模块拓扑结构，分析了其运行方式及特点，通过解析的方法得到了其输出和环流等
2010 年 Siemens 公司在美国旧金山建成了世界上 首条基于 MMC 的直流输电工程化线路，即 Trans Bay Cable Project，该线路直流电压等级为±200 kV，功率 等级为 400 MW，直流电缆长度 86 km，单个桥臂的子 模块数为 200，相电压电平数为 201［6］。随着柔性直流 输电技术的逐渐成熟，直流输电线路的电压等级和功 率等级逐渐提高，Siemens 公司承建的 Inelfe 工程作为 欧洲电力传输网络的一部分，跨接在法国的 Baixas 与 西班牙的 Santa Llogaia，采用模块化多电平的技术，容 量达到 2 000 MW，电压等级±320 kV，单个桥臂含有 400 个子模块，该工程成为世界上最大的 MMC-HVDC 工程，于 2013 年底投入运行［7］。
第 31 卷第 12 期 2014 年 12 月
机电工程
Journal of Mechanical & Electrical Engineering
DOI：10.3969/j.issn.1001-4551.2014.12.022
Vol. 31 No. 12 Dec. 2014
模块化多电平变换器研究综述
收稿日期：2014-08-14 作者简介：谢 瑞（1979-），男，浙江杭州人，博士，高级工程师，主要从事智能变电站电气工程设计和电力电子技术方案的研究. E-mail： zxrd@
· 1616 ·
机电工程
第 31 卷
高、可控性强的输电方式，可以将这些小型的分散电 源通过经济、环保的方式接入交流电网［2-3］。
1.2 工作原理
设流过上、下桥臂的电流分别为 ipj 、inj( j = a,b,c) ，
输出电流为 isj 。定义上、下桥臂之间的环流为 icirj ：
i cirj
=
i pj
+ 2
inj
（1）
第 12 期 （a） 半桥模块
谢 瑞，等：模块化多电平变换器研究综述
· 1617 ·
（b） 全桥模块
特性时可以认为 vNO 为 0。从输出等效电路中可以看
文章编号：1001-4551（2014）12-1615-08
Review of researching about modular multilevel converter
XIE Rui1，HU Lie-xiang2，XV Jian-guo1，ZHOU Zhi-chao1，QIAN Feng1，GAO Zhi-ling1
MMC 由大量的子模块构成，子模块数越多，直流 侧的电压可以越高，等效开关频率越高，交流侧输出
电压的谐波含量越小，但是控制系统越复杂，控制成
本越高，因此相关学者提出了一种折中的办法［9-11］，将
原来的子模块替换为传统的箝位型或者飞跨电容型
三电平模块，如图 2（d）、2（e）所示，这样可以使用更少 的子模块实现同样的功能。
（1. Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China； 2. State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）
Abstract： Aiming at comparing the different sub- modules of modular multilevel converter（MMC），the operation process and characteristics were analyzed. The equivalent circuits of output voltage and circulating current were obtained by the detailed mathematical expressions. Also the applications of these different sub-modules of MMC were summarized. In order to compare the different modulation strategies，the accurate expressions were calculated to analyze their linearity and harmonic characteristics. Then the performances of different capacitor voltage balancing methods were concluded from the perspectives of system cost，controlling complexity and system loss distribution. The voltage level，system capacity and operation characteristics of four MMC based HVDC projects in China were compared with each other. The researching results indicate that nearest level modulation（NLM）method is easy to be realized and usually adopted for the large scale MMC with the capacitor voltage sorting algorithm. Carrier phase shift pulse width modulation（CPS-PWM）can obtain the performances of high equivalent switching frequency and low distortion，and can be used with capacitor voltage sorting algorithm or closed-loop balancing method even when the number of sub-modules is small. Key words：modular multilevel converter（MMC）；high voltage direct current transmission；stair-case modulation；carrier phase shift pulse width modulation；capacitor voltage balancing method