基于电容电压排序的模块化多电平变换器直接调制法

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]。

《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。

模块化多电平变换器最近电平调制研究张国荣;韩慧颖;王啸飞;陈祥【摘要】模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的调制方法直接影响其运行时的整体性能.最近电平调制(nearest level modulation,NLM)由于其多电平输出时开关频率低、易于工程实现等优点在中高压大功率场合得到广泛应用.文章针对传统NLM采用电容电压排序,根据电流方向选择相应子模块触发导通的电压均衡方法,在阶梯波形成过程中引入自变量的偏差值,调整近似函数,对发波过程的算法进行修正,使得输出电平数增加一倍,显著提高交流输出电压谐波特性;同时分析比较不同调制偏差量组合情况下的输出电压谐波水平,最后仿真验证了该方法的效果.%The overall performance of modular multilevel converter (MMC) is directly affected by the modulation method.And the nearest level modulation (NLM) has been widely used in high voltage and high power applications today,due to its lower switching losses and more convenience when implemented in MMC.In this paper,the voltage balancing method based on capacitor voltage sequencing is applied,and then,a small offset is added to the approximate function during the trigger pulse forming process.The function-rounding process is adjusted so that the time of step changing staggered and the harmonic distortions of output wave can be improved dramatically.Furthermore,the output voltage harmonic level of the combination of different modulation deviation is analyzed.The inventor model of MMC with 10 sub-modules is realized byMATLAB/Simulink.Simulation results show the effectiveness of the proposed method.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)023【总页数】9页(P1-9)【关键词】模块化多电平;最近电平调制;电容电压排序;近似函数;输出电压谐波【作者】张国荣;韩慧颖;王啸飞;陈祥【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;芜湖县广播电视台,安徽芜湖241199【正文语种】中文【中图分类】TM930 引言模块化多电平变换器（MMC）因其在功率控制、开关频率、输出波形、模块化设计等方面的诸多优点在高压大功率场合得到了广泛应用。

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。

一种模块化多电平的改进最近电平调制策略王柯岩;江伟;王渝红;陈金祥;黄道姗;邹朋;刘永强【摘要】Modular multilevel converter can be easily applied to higher voltage and large-scale capacity with good expansibility and low switching frequency.And the optimized nearest level modulation is used for modular multilevel converter under low-level conditions.The reason of unbalanced voltage with nearest level control method. Under low-level modular multilevel converter,nearest level control method have problems such as sub-module ca-pacitor voltages balancing and circulating currents were analyzed.Then propose an optimized control method con-sidering inaccuracy of integral function.The effectiveness of the proposed controlling method is verified through simulation results usingPSCAD/EMTDC and a comparison between traditional and optimized nearest level control is also included.%模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其模块化设计易于扩展、开关频率低等特点,在中高压大功率系统中得到越来越多的应用;而最近电平调制(nearest level modulation,NLM)作为一种实时阶梯波调制方式,常用于上百个电平数的场合.首先对MMC的基本结构和最近电平调制的运行机理进行分析,推导出该调制策略所存在的固有缺陷;在此基础上,提出了改进的最近电平调制策略.通过引入调制波与阶梯波间偏差,有效避免了在电平数较低情况下电容电压波动、环流等问题.最后在PSCAD/EMTDC中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的最近电平调制策略进行了比较分析.仿真结果表明该改进调制策略可以提高系统的稳态运行特性,对子模块电容电压波动和环流产生抑制作用.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)030【总页数】6页(P63-68)【关键词】模块化多电平换流器;最近电平调制;电压均衡;环流;子模块【作者】王柯岩;江伟;王渝红;陈金祥;黄道姗;邹朋;刘永强【作者单位】四川大学电气信息学院,成都610065;国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福州350007;四川大学电气信息学院,成都610065;国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福州350007;国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福州350007;四川大学电气信息学院,成都610065;四川大学电气信息学院,成都610065【正文语种】中文【中图分类】TM761.12脉冲调制技术作为一项影响多电平变换器输出性能的关键技术，根据国内外学者对MMC脉冲调制技术的广泛研究，可以将其划分为两大类：脉宽调制技术和阶梯波调制技术[1—4]。

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。

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。

第51卷第18期电力系统保护与控制Vol.51 No.18 2023年9月16日Power System Protection and Control Sept. 16, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.230330基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略杨玉坤，许建中(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京 102206)摘要：模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器，其具有良好前景，但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。

鉴于此，提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。

考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件，通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制，实现故障期间机、网侧的功率平衡，以稳定直流侧母线电压。

按照海上风电场规定，确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则，向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。

仿真结果表明，当并网点发生故障时，所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压，保障了MMC功率器件安全运行，还可以补偿无功以改善电网电压，提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。

关键词：MMC；低电压穿越；超级电容储能；子模块过电压；无功补偿Low voltage ride-through strategy for high-capacity direct-drive wind turbines based onsupercapacitor energy storageYANG Yukun, XU Jianzhong(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources(North China Electric Power University), Beijing 102206, China)Abstract: The modular multilevel converter (MMC) is a promising prospect as a high-capacity wind turbine converter, but it is necessary to address the issue of easy disconnection during low voltage faults in wind turbines. Thus a low voltage ride-through strategy based on supercapacitor energy storage is proposed. Considering the utilization efficiency of supercapacitors and the constraints of converters, the energy storage mode of supercapacitors is controlled through DC-DC converters, achieving power balance on the machine and network sides during faults and stabilizing the DC bus voltage. From the regulations of offshore wind farms, the active and reactive current distribution principles of a grid-side MMC during faults are determined. This can provide dynamic reactive power support to improve grid voltage. Simulation results show that the proposed strategy can effectively stabilize the DC bus voltage during grid faults, ensure the safe operation of MMC power devices, compensate reactive power to improve grid voltage, and enhance the fault ride-through capability and operational stability of large-capacity direct-drive wind turbine generators.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52277094).Key words: MMC; LVRT; super capacitor energy storage; sub-module overvoltage; reactive power compensation0 引言海上风电相比于陆上风电具有风能资源丰富、风速稳定、节约占地面积等优点[1]，在“双碳”背景下，近年来得到了大规模开发。

硕士学位论文题目: MMC在柔性直流输电中的应用研究生专业指导教师完成日期MMC在柔性直流输电中的应用研究生：指导教师：2016年12月论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一种具有较好发展前景的新型变换器拓扑结构，本文旨在通过对模块化多电平变换器及其在高压直流输电（MMC-HVDC）中的控制方法进行研究，提高变换器的可靠性。

本文首先对MMC的子模块拓扑结构进行分析，详细阐述了子模块的运行机理，并建立了变换器的数学模型。

介绍了两种预充电策略，并比较变换器常用的几种调制方式，对其各自的优缺点进行阐述。

其次，根据能量守恒原则对子模块电容电压和环流进行数学建模分析，给出了相应的控制器以减小电容电压波动和抑制环流谐波。

之后简要分析了MMC系统损耗的组成，给出了所占比重较大的开关损耗的计算方法，并对传统的电容电压排序算法进行优化，提出改进的排序算法，以达到减小开关频率和开关损耗的目的。

对控制方法进行仿真验证，证明控制方法的正确性。

再次，结合模块化多电平变换器自身特点，详细研究两端MMC-HVDC输电系统中系统控制层、换流站控制层、换流阀控制层中的控制策略。

本文对换流站控制层和换流阀控制层进行了详细讨论，给出相应的控制方法，并对各控制层中的控制方法进行了仿真验证，证明控制方法的有效性。

最后，设计和搭建了一台三相模块化五电平变换器，给出主要单元的原理图。

其中控制单元采用DSP和FPGA协同控制，给出了DSP与FPGA的功能框图与程序流程图。

在样机中加入换流站层控制器与换流阀层控制器，分别在本地负载和并网两种工况下进行实验，给出样机稳定运行时的实验波形，验证了所设计控制方法的可行性。

关键词：模块化多电平变换器；柔性直流输电；调制策略；电容电压均压控制；环流抑制ABSTRACTModular multilevel converter (MMC) is a relatively new and promising topology, which has gained a lot of interest in industry in the recent years due to its modularity, scalability, reliability. Its characteristic of modular design can easily adapted for applications that require different power and voltage levels, such as supplies for electric railways, static compensators (STATCOMs) and high-voltage direct current transmission (HVDC) . This dissertation aims to improve the reliability of this system by studying the control strategies of MMC and MMC-HVDC systems.First, the topology and the basic operating principles of Sub -Module(SM) are introduced. Then two control strategies for pre-charging of capacitors were analyzed. What’s more, this dissertation compared several modulation strategies that are commonly used in system, and describe d their advantages and disadvantages respectively.Second, the mathematic model for capacitor voltage-balancing and circulating current was analyzed based on the conservation of energy. According to the mathematic model, this paper put forward the corresponding control method and circulating current suppressing controller to reduce the voltage fluctuation and eliminate the inner balancing currents. Then make clear the loss composition of MMC system, and give a formula to calculate the switching losses which take a large percentage of total losses. By optimized the traditional capacitance voltage sorting algorithm, an improved sorting algorithm is put forward in order to reduce the switching frequency and switching losses. Then a simulation model was provided to realize and configure the control strategies.Third, combined with the characteristics of MMC, the thesis analyzed the control method in MMC based VSC-HVDC system. The control strategies were divided into system layer, converter layer and valve control layer in the HVDC system. The controllers and the system in the last two layers discussed in detail in the thesis, a simulation model was used to verify the feasibility of control strategies.Finally, a three-phase MMC experimental platform was built. The software and hardware design of the platform were elaborated. The control strategy discussed in this thesis was implemented on the platform. The experimental waveforms were presented and the validity of theoretical analysis were demonstrated.Keywords: Modular multilevel converter(MMC),VSC-HVDC, modulation strategy, capacitor voltage balance, circulating current suppression目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 电压源变换器拓扑结构 (3)1.3 模块化多电平变换器的应用 (5)1.4 论文的主要工作 (6)2 模块化多电平变换器（MMC）拓扑结构和运行原理 (8)2.1 模块化多电平变换器及子模块（sub module，SM）拓扑结构 (8)2.2 MMC子模块工作原理 (10)2.3 MMC的数学模型 (13)2.4 MMC预充电方案 (15)2.4.1 自励式充电 (15)2.4.2 它励式充电 (16)2.5本章小结 (16)3 MMC的调制方法与控制策略 (18)3.1 MMC的调制方法 (18)3.1.1 载波层叠调制 (18)3.1.2 载波相移调制 (19)3.1.3 最近电平逼近调制 (19)3.1.4 空间矢量调制 (20)3.2 电容电压平衡控制 (21)3.2.1 直接选择排序均压控制 (21)3.2.2 改进的排序均压控制 (23)3.2.3 独立均压控制 (24)3.2.4 仿真验证 (26)3.3 环流模型与环流控制策略 (28)3.3.1 环流数学模型 (28)3.3.2 环流谐波抑制策略 (32)3.3.3 仿真验证 (35)3.4 本章小结 (35)4 MMC在柔性直流输电（VSC-HVDC）中三相平衡控制策略 (36)4.1 MMC-HVDC系统控制基本原理 (36)4.2 MMC-HVDC的数学模型 (37)4.3 MMC-HVDC的控制策略 (38)4.3.1 内环控制器设计 (38)4.3.2 外环控制器设计 (39)4.4 仿真验证 (41)4.5 本章小结 (42)5 MMC分布式实验平台设计和实验结果 (43)5.1 硬件设计 (43)5.1.1 控制电路 (44)5.1.2 桥臂功率单元 (45)5.1.3 采样电路 (45)5.1.4 驱动电路 (46)5.2 程序设计 (46)5.2.1 DSP程序设计 (47)5.2.2 FPGA程序设计 (49)5.3 实验结果 (50)5.4 本章小结 (51)6 总结与展望 (53)6.1 总结 (53)6.2 展望 (54)参考文献 (55)致谢......................................................................................错误！未定义书签。

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在可再生能源并网、智能电网、大功率电机驱动等领域的应用越来越广泛。

模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的高压大功率变换器拓扑结构，具有高可靠性、高效率、高灵活性等优点，成为当前电力电子领域研究的热点之一。

本文旨在探讨MMC的工作原理、控制策略以及应用现状，并对其未来的发展趋势进行展望。

二、MMC的工作原理MMC是一种基于模块化设计的多电平变换器，其基本思想是将整个变换器划分为多个子模块，每个子模块都包含一个电力半导体开关和相应的储能元件。

通过控制子模块的开关状态和投切顺序，实现多电平输出，从而获得更高的电压和功率等级。

具体而言，MMC由多个相单元组成，每个相单元包含多个子模块和一个串联的电感。

子模块通常由一个全桥或半桥电路和一个电容组成，通过控制桥臂上的开关器件，可以实现子模块的投切和电容的充放电。

在MMC中，通过控制每个相单元中子模块的投切数量和投切顺序，可以实现多电平输出，从而获得更高的电压和功率等级。

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。

调制策略是指如何将直流电源的电压转换为交流电源的多电平电压波形，通常采用最近电平调制（NLM）或特定谐波消除调制（SHEM）等方法。

环流控制策略是指如何抑制MMC中的环流，防止因环流过大而导致系统故障或损坏。

为了实现良好的控制效果，需要采用数字化控制技术对MMC进行实时监控和控制。

通常采用高性能的数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA）等设备，实现对MMC中每个子模块的开关状态进行精确控制。

此外，还需要采用适当的通信协议和控制系统网络架构，实现各个子模块之间的协调和同步。

四、MMC的应用现状MMC作为一种新型的高压大功率变换器拓扑结构，已经在可再生能源并网、智能电网、大功率电机驱动等领域得到广泛应用。

在可再生能源并网方面，MMC可以用于风力发电、太阳能发电等领域的并网逆变器，实现高效、可靠的能量转换和传输。

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。

《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。