模块化多电平变换器关键问题研究综述
（096）清华大学-模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究
模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究武晓堃1 王奎1 万磊1, 2李永东1, 3（1. 清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京1000842. 中国电力科学研究院北京1001923. 新疆大学电气学院新疆乌鲁木齐830046）摘要模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种新型的多电平拓扑，因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。
本文介绍了MMC的拓扑结构和工作原理，并对常用于MMC拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析，并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的MMC仿真模型，分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法，比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现，并给出了不同调制策略的特点。
关键词：模块化多电平变换器；载波层叠调制；最近电平逼近调制；载波移相调制；悬浮电容；电压平衡控制1背景介绍相比于传统的交流输电系统，直流输电系统在远距离大容量输电方面具有巨大的优势，尤其是在离岸风电场等海底电缆输电场合，直流输电可以克服电容效应而被人们愈发重视[1, 2]。
传统的VSC-HVDC直流输电系统采用的换流技术主要以两电平和三电平为主。
该拓扑主要问题是电压等级受器件耐压限制，所能达到的电压等级不高，谐波较大。
其中ABB公司的IGBT串联两电平拓扑，虽然提高了电压等级，但是存在着串联模块均压以及同时触发等问题。
2002年，由德国学者提出了一种新型的多电平拓扑[3, 4]，即模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter），该结构高度模块化，通过模块级联就可以实现电压等级的提升[5-7]。
西门子公司将该拓扑转化为了专利和产品应用于直流输电等场合，其中美国的Transbay工程，每相子模块级联数为200，输送功率可以达到400MW[5]。
《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快速发展，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力变换装置，在高压直流输电、柔性交流输电系统以及新能源并网等领域得到了广泛的应用。
MMC 以其高可靠性、高效率、高灵活性的特点，成为了现代电力电子技术研究的热点。
本文旨在探讨MMC的原理、控制策略、运行特性及其在电力系统中的应用。
二、MMC的基本原理与结构MMC是一种基于模块化结构的电压源型多电平变换器，其基本原理是将多个子模块（SM）串联起来组成一个完整的变换器，每个子模块包括一个电力电子开关（如IGBT）和一个与其反向并联的二极管，以及相应的储能电容和电阻。
这种结构使得MMC具有较高的耐压能力，并可以输出多个电平的电压。
MMC的结构包括上下桥臂，通过控制上下桥臂中子模块的导通与关断，实现AC/DC和DC/AC的转换。
其特点是子模块数目多，控制复杂度高，但灵活性好，适用于高压大功率场合。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括子模块的投入与切除控制、环流抑制控制以及谐波消除控制等。
子模块的投入与切除控制决定了MMC的输出电压，而环流抑制控制和谐波消除控制则保证了MMC的稳定运行和输出波形的质量。
近年来，随着数字信号处理技术的发展，MMC的控制策略也在不断优化。
例如，基于模型预测控制的MMC控制策略能够更好地实现多目标优化控制，提高系统的动态性能和稳态性能。
此外，基于人工智能算法的控制策略也在MMC中得到了应用，如模糊控制、神经网络控制等，这些算法能够根据系统运行状态实时调整控制参数，提高系统的自适应性。
四、MMC的运行特性与优势MMC的运行特性主要包括高可靠性、高效率、高灵活性等。
由于其模块化结构，当某个子模块出现故障时，可以通过切换冗余子模块来保证系统的正常运行，因此具有较高的可靠性。
此外，MMC的输出电压可以调节为多个电平，使得谐波分量减少，提高了系统的效率。
同时，通过灵活调整子模块的投入与切除，可以实现快速响应和精确控制。
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。
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。
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究朱经纬;付文轩【摘要】模块化多电平变换器(MMC)因其具有公共直流母线的模块化拓扑结构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域.分析MMC拓扑结构,建立MMC数学模型,研究MMC运行控制规律;对MMC内部环流产生机理进行分析,推导了桥臂电流与内部环流的关系;分析了MMC模型预测控制策略.最后通过实验验证了模型预测控制策略能更有效地控制子模块电容电压平衡,减小环流幅值.%Modular multilevel converter (MMC)has been widely applied into HVDC,power quality control,electric drive and other fields due to its characteristic of modular topology of common DC bus.Topology structures of MMC were introduced,and then mathematical models of MMC were established as well as its regulation of operation control.The mechanism,quality and functions of circulation formation were analyzed.The relationship between current of bridge arm and circulating current was deduced.The model predictive control strategy of MMC was analyzed and the experimental results show that sub-module capacitor voltage is balanced and the circulating current amplitude is decreased effectively under the adopted control strategy.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)005【总页数】4页(P18-21)【关键词】模块化多电平;子模块电容电压;模型预测控制【作者】朱经纬;付文轩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM464多电平的拓扑结构在高压大功率场合得到了广泛应用。
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。
模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究
模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究一、本文概述随着可再生能源的大规模接入和电网结构的日益复杂，模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种先进的电力电子装置，在高压直流输电（High-Voltage Direct Current, HVDC）、灵活交流输电系统（Flexible AC Transmission Systems, FACTS）等领域得到了广泛应用。
MMC的电磁暂态特性对于电力系统的稳定运行和故障分析至关重要。
开展模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法的研究，对于提高电力系统的安全性和经济性具有重要意义。
本文旨在探讨模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法，通过对MMC的基本结构和工作原理进行分析，结合现有建模方法的优缺点，提出一种更为高效、准确的建模策略。
本文首先介绍MMC的基本结构和工作原理，然后分析现有建模方法的主要问题和局限性，接着详细阐述本文提出的高效建模方法，并通过仿真实验验证该方法的准确性和有效性。
本文还将对高效建模方法在实际工程中的应用前景进行讨论和展望。
通过本文的研究，希望能够为模块化多电平换流器的电磁暂态建模提供一种新的高效方法，为电力系统的稳定运行和故障分析提供有力支持，同时也为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、模块化多电平换流器基本理论模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）是一种先进的电力电子变换器拓扑，特别适用于高压大功率的电力系统应用，如高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS）。
MMC的基本结构由多个级联的子模块（Submodule, SM）和一个公共的直流侧电容组成，每个子模块都可以独立控制其投入或切除，从而实现对输出电压的精细调节。
MMC的核心思想是通过增加子模块的级数来实现电压等级的提升，同时保持每个子模块相对较低的电压应力。
子模块通常采用半桥（Half-Bridge, HB）或全桥（Full-Bridge, FB）结构，其中HB结构包含两个开关管和一个电容器，而FB结构则包含四个开关管和一个电容器。
《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。
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在电力领域的应用综述
模块化多电平变换器在电力领域的应用综述作者：商姣张扬赵同彪来源：《科技视界》2017年第02期【摘要】模块化多电平变换器具有易于电平扩展和冗余设计的优点，介绍了H桥型和MMC型模块化多电平变换器在电力领域的主要应用场合，如电能质量治理、轻型直流输电、高压变频领域等，并指出其在应用中的特点。
【关键词】H桥；MMC；高压变频；电能质量治理；轻型直流输电0 引言20世纪50年代，美国通用电气公司研制出第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生[1]。
随后，出现了各式各样的电力电子器件。
在中高压场合，为了解决单个电力电子器件电压等级不够的问题，可以将器件串联使用，但该方法会造成电压分配不均的问题。
由此，多电平技术应运而生。
1980年，日本学者A.Naba提出三电平中点箝位变换器；20世纪90年代中期，Robicon公司将H桥级联变换器应用于高压变频器；2001年，德国学者Marquardt R提出模块化多电平变换器MMC[2]。
随着电力电子技术的发展，会有更多的电力电子拓扑结构出现。
H桥型结构和MMC型结构均为模块化结构，具有易于电平扩展和冗余设计等优点，其子模块拓扑结构如图1所示，本文将对这两种结构的模块化多电平变换器在电力领域中的应用进行综述。
1 级联H桥的主要应用领域1.1 高压变频将级联H桥应用于高压变频器，可以通过对H桥的控制，实现电机的变频调速。
但由于各H桥直流侧需相互独立，因此需要隔离变压器从交流侧取电，经整流电路后给各H桥直流侧电容供电[3]。
隔离变压器可以采用多重化移相多绕组变压器，从而减小整流电路的电流谐波对交流电网的影响。
该结构扩展灵活，具有高度的稳定性和可靠性，是目前中高压变频领域的主流拓扑结构。
然而当电压等级升高时，级联H桥的个数增加，所需移相多绕组变压器的副边绕组增多，成本、体积、制造难度、工程应用难度大大增加。
此外，若整流电路采用二极管整流桥，当电机处于再生发电状态时，需要增加电阻制动单元，防止直流侧电压泵升，增加了成本却将电机回馈的能量白白浪费。
模块化多电平换流器的技术研究综述_刘恒门
基 于分 层控 制 思 路 的子 模 块 电容均 压 策 略在 调 制信 号 的基 础 上 分 别 二 加相 间电压平 衡控 制信号 、 桥 臂电压 平衡 控制 信 号 以及 独 立 电 压平 衡 控 制信号 , 以保证各子 模块 电容 电压在 三相之间 , 各相 上 、 下桥臂 之间以及 各桥臂 内部子 模块 电容平 均分配 。
基本结构图
因此 , 与
' 等 电位 ,
、
`
2 013 年
月
三相 上 、 下桥臂的 电感
可 以当做并联处理 。并且由 、 式所示规律输 出 电压 , 。 和 。 可知 ,
电压的调 节依靠直 流总 线 电压或移相 角 , 动态 调节 困难 且 开关次数 的 多少受 电容 电压平衡控 制影响 , 损 耗 不一 定 明显减少 。
吕皿 甘
【 ` 朋
因此系统故障穿越能力得到提高 。 基于上述优点 , 有关 主 要 工作是 对 的研 究日渐增 多 , 本文的 的工作 机理 加 以分析 , 并对 目前 的
模块 化 多电平 主拓扑结 构如 图 个桥臂构成一个相单元 。
所 示 , 每 个桥臂
由 个 子模块 和一 个电抗 器串联 而成 , 每一 相 的上 下两 这种子模块级联拓扑的子模块有全桥和半桥两种结构
式可 知 ,
要 控制 则在 假设 容 电压 为 一
的直流侧和交流侧是可以独立控制的 , 只
分别按 照 每相 有 的输 出端可 以得 到期望的
个子模 块 , 则每 个子模 块 的 电
, 为保持 直流 电压稳 定 , 由式
同相上 、 下桥臂应该对称互补投入 , 因此各相上下 桥臂 在任 何时 刻投入 的子 模块总 数为 如果某 一 时刻 相 上桥 臂投 入子模 块为 子模块 为 。 , 则有 丐
《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快速发展，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力转换技术，已经引起了广泛的关注。
MMC以其高电压、大功率、高效率等优点，在高压直流输电、风力发电、光伏发电等新能源领域得到了广泛的应用。
本文旨在深入探讨MMC的原理、控制策略及其应用领域，为后续的深入研究提供理论支持。
二、MMC的基本原理MMC是一种采用模块化设计的多电平变换器，其基本原理是通过将多个子模块（SM）串联或并联，形成多个电平的输出电压。
每个子模块通常包括一个全桥或半桥结构，通过控制其开关状态，实现电平的切换。
MMC具有高电压、大功率、低谐波失真等优点，适用于高压直流输电、新能源发电等领域。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括调制策略和环流控制策略。
调制策略决定了子模块的开关状态，从而影响输出电压的电平数和波形质量。
常用的调制策略包括最近电平调制（NLM）和特定谐波消除调制（SHEM）等。
环流控制策略则是为了抑制环流（即相邻子模块之间的电流波动），以保证MMC的稳定运行。
常用的环流控制策略包括有源和无源环流控制器等。
四、MMC的应用领域MMC的应用领域十分广泛，主要包括高压直流输电、新能源发电等。
在高压直流输电领域，MMC可以用于实现大功率、高效率的电能传输，提高电力系统的稳定性和可靠性。
在新能源发电领域，MMC可以用于风力发电、光伏发电等场合，通过将多个子模块并联，实现高电压、大功率的输出，提高新能源的利用效率。
此外，MMC还可以用于电动汽车充电设施等场合，实现快速充电和高效率的电能转换。
五、MMC的研究现状与展望目前，国内外学者对MMC的研究已经取得了重要的进展。
在理论方面，已经建立了较为完善的MMC数学模型和控制策略体系，为MMC的设计和优化提供了理论支持。
在应用方面，MMC已经在高压直流输电、新能源发电等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。
模块化多电平逆变器的研究
毕业论文（设计）题目：模块化多电平逆变器的研究姓名学号学院操纵科学与工程学院专业自动化年级2010级指导教师教授2014年5月20日摘要随着人类社会的飞速进展，人们在生产和生活当中对能源的需求也在慢慢增加。
能源利用的转型与创新、能源网络的合理运作，也成为目前人类科学研究的一大领域。
在提高能源利用率的进程中，利用现代电力电子器件代替原有传统的电气设备是现今比较热点的一个话题。
本文对模块化多电平变换器展开研究，文章先介绍模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理。
而后介绍三种调制策略，介绍载波移相调制策略，通过系统仿真能够发此刻这种操纵策略下系统子模块电容电压不稳固；针对这一情形介绍了平稳操纵策略，这种操纵策略能专门好的解决系统各类不平稳的问题，但系统逆变波形不睬想；最后介绍了优化后的载波移相策略，这种操纵策略将传统载波移相策略与子模块电容电压选择策略相结合，解决了上下桥臂内的子模块电容电压不平稳的问题。
关键词：模块化多电平变换器、调制方式、仿真波形ABSTRACTWith the rapid development of human society, the demand of energy is gradually increased in people’s production and living. Besides rational operation of energy network, energy transformation and innovation, is becoming a major area of human science. In the process of improving energy efficiency, the use of modern power electronic devices to replace traditional electrical equipment is one of popular topics nowadays.This paper studies on Modular Multilevel Converter. The topology and the basic operating principles and are introduced. Three kinds of modulation strategy are introduced. Firstly, the carrier phase shift modulation strategy is presented. Sub-modules capacitance voltage is not stable under this control strategy. Then balance control strategy is introduced. This control strategy is a solution of system various imbalances, but system inverter waveform is not ideal. Finally, the optimized carrier phase shifting control strategy is revealed. The control strategy combined with the traditional carrier phase shifting strategy and the balanced control of capacitor, solves the sub-modules capacitance voltage imbalance problem in the bridge arm.Keywords: MMC, modulation, simulation目录摘要 (I)ABSTRACT...................................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)课题背景及研究意义 (1)研究现状 (2)本文研究的要紧内容 (2)第二章系统概述 (3)MMC拓扑结构 (3)MMC工作原理 (4)MMC等效电路 (5)本章小结 (6)第三章MMC操纵策略 (7)CPS-SPWM调制 (7)MMC数学模型 (7)CPS-SPWM触发方式 (10)平稳操纵策略 (11)平稳操纵触发方式 (12)子模块电容电压排序原理 (13)优化的CPS-SPWM操纵策略 (14)本章小结 (15)第四章系统仿真 (16)CPS-SPWM调制仿真 (16)系统仿真图 (16)系统仿真波形 (17)平稳操纵策略仿真 (18)系统仿真图 (18)系统仿真波形 (19)优化CPS-SPWM调制仿真 (20)系统仿真图 (21)系统仿真波形 (21)本章小结 (22)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)第一章绪论课题背景及研究意义近几年随着电力电子器件在耐高压和大功率方面不断有所冲破，电力电子技术应用愈来愈普遍。
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。
基于模块化多电平换流器的柔性直流换流站过电压分析与保护的开题报告
基于模块化多电平换流器的柔性直流换流站过电压分析与保护的开题报告一、研究背景和意义近年来，电力系统中柔性直流输电技术备受关注，直流换流站作为柔性直流输电系统中的核心设备之一，主要实现交流系统和直流系统之间的能量转换和电力传输。
柔性直流输电技术相较于传统交流输电技术具有多种优点，如输电损耗小、控制和调节能力强等，越来越多的研究人员在该领域展开研究。
模块化多电平换流器是目前柔性直流输电系统中最重要的组成部分之一，它通过将高压直流输电系统的电压转换为可变频率、调节电压等级的交流电压，实现功率调节和电压调节的目的。
然而，在柔性直流输电系统中，电压脉动、电容电压超限等问题是一个比较普遍的现象，这些问题不仅影响系统的可靠性和稳定性，而且还会对设备造成损坏。
因此，本文旨在针对模块化多电平换流器的柔性直流换流站在运行过程中出现的过电压问题，进行深入分析研究，并针对这些问题提出相应的保护措施，为柔性直流输电技术的发展提供有力的支持。
二、研究内容和重点本文首先对柔性直流换流站的基本原理进行简要介绍，并重点介绍了模块化多电平换流器的工作原理和结构特点。
其次，针对模块化多电平换流器在柔性直流换流站中存在的过电压问题，结合具体实例，分析了过电压产生的原因和危害，并提出了一系列的保护措施，包括控制过电压产生的源头、加强过电压检测和预警机制、设定适当的保护动作等。
本文还将通过建立数学模型和仿真模拟，对模块化多电平换流器在柔性直流交流输电系统中的稳态和动态特性进行分析和评估，推导出换流器的工作参数和控制策略，以实现对过电压的有效控制。
最后，通过实验验证，评估所提出的保护措施的有效性和可行性。
三、研究方法和技术路线本文主要采用以下研究方法：1.文献资料法：收集和整理与柔性直流输电技术相关的文献资料，深入了解柔性直流换流站的基本原理和模块化多电平换流器的工作原理和特点。
2.建立数学模型法：基于模块化多电平换流器的结构和工作原理，建立相应的数学模型，并进行仿真模拟，评估模型的准确性和可靠性。
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。
《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，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力变换技术，因其高可靠性、高效率、高灵活性等优点，在电力系统、风力发电、光伏发电等领域得到了广泛的应用。
本文旨在探讨模块组合多电平变换器（MMC）的原理、特性、控制策略以及应用前景，为相关研究与应用提供参考。
二、MMC基本原理与结构模块组合多电平变换器（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（SM）串联起来，形成一个电平数较高的变换器。
每个子模块包含一个全桥或半桥结构，通过控制子模块的投入与切除来改变输出电压的电平数和相位。
MMC的结构主要由三相桥臂组成，每个桥臂包含多个子模块（SM）。
这些子模块以串联方式连接，形成具有高电压等级的桥臂。
此外，还包括环流变压器、输出滤波器等设备。
通过控制各桥臂中子模块的开关状态，可以实现对交流电压的输出控制。
三、MMC的特性分析MMC具有以下特点：1. 高可靠性：采用模块化设计，各子模块相互独立，易于维护和替换，提高了系统的可靠性。
2. 高效率：通过优化控制策略，降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。
3. 高灵活性：可实现多种电平数和相数的输出，满足不同场合的需求。
4. 谐波性能好：采用多电平技术，输出电压的谐波成分较小，无需额外滤波设备。
四、MMC控制策略研究控制策略是MMC的核心技术之一。
目前常用的控制策略包括最近电平控制（NLC）、载波脉宽调制（CPWM）等。
这些控制策略各有优缺点，如NLC具有较低的计算复杂度，但可能存在较大的电压谐波；CPWM具有较好的电压波形质量，但计算复杂度较高。
为了解决这些问题，许多新型的控制策略不断被提出并应用到MMC中，如优化NLC、优化CPWM等。
此外，为满足系统的实时性要求，需要设计高性能的控制器，包括数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等。
五、MMC应用领域及前景展望MMC因其高可靠性、高效率、高灵活性等优点，在多个领域得到了广泛应用。
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参数设计、 调 制 策 略 以及 子 模 块 电容 均压 策略 等 关键 问题 进 行 了对 比 分 析 。 最后 ， 本 文 对 ＭＭ Ｃ 的前 景 进 行 了展 望 。
关键词 ： 模 块 化 多 电平 变 换 器 ； 主 电路 建模 ；参 数 设 计 ； 调 制 策 略 ；电容 均 压 策 略
第 ２ ２卷 第 ６期
Ｖｏ １ ． ２ ２ Ｎｏ ． ６
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
２ ０ １ ４年 ３月
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
模块化多电平变换器关键 问题研 究综述
魏 晨 华 ，杨 岩 ，谢 阳 ，卫 超
的不 足 。 相 对 于 传 统 多 电 平 变换 器 ， ＭＭＣ具 有 谐 波 含 量 少 、 开关损耗低、 故 障 穿越 能 力 强 等 特 点 。 本 文 首 先从 ＭＭＣ的
拓 扑 结 构 和 工 作 原 理入 手 ， 分 析 了 ＭＭ Ｃ 的技 术特 点 。 其 次 ， 根 据 当前 国 内外 的相 关 理 论研 究 ， 对 ＭＭＣ主 电路 建模 、
， Ｘｉ ’ ｃ ｌ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｆＥ ｏ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ＇ ｃ ｍ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ７ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ 一 叭８ ２ 一 Ｏ ５
Ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｋ ｅ ｙ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｒ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
（ １ ． 西北 工 业 大 学 航 海 学 院 ，陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ； ２ ． 西安 石 油 大 学 电子 工 程 学 院 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：随 着 电 力 电子 技 术 的 快 速 发展 ． 多 电平 变换 器 及 其 相 关 技 术 的 研 究正 逐 步成 为 高 压 大 功 率 运 用 场 合 的 热 点 问 题 。模 块 化 多 电平 变 换 器 （ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ Ｍ ｕ ｈ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ＭＭＣ ） 因其 具有 模 块 化 的 结构 优 势 ， 弥补 了传 统 多 电平 变换 器