一种三相模块化多电平变换器并联系统及其控制方法

一种新型的模块化级联型多电平变换器拓扑结构王奎李永东郑泽东（清华大学电机系北京 100084）摘要H桥级联多电平逆变器在高压大容量变频调速领域得到了广泛的应用，其最大的不足之处是必须使用庞大、复杂而昂贵的多绕组移相隔离变压器。

为了省去传统H桥级联多电平变换器中的多绕组移相变压器，本文提出了一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑结构，该拓扑由通用拓扑结构派生而来，全部由基本单元级联而成，不需要大量独立直流电源，省去了多绕组移相隔离变压器，具有模块性强、结构简单、易于扩展等优点。

和现有的主要的多电平拓扑结构相比，随着电平数的增多，使用元件较少，更适合于五电平及以上多电平使用。

本文以五电平拓扑为例进行了研究，分析了其工作原理和悬浮电容电压平衡控制方法，仿真和实验结果验证了其可行性。

关键词多电平变换器无变压器拓扑基本单元级联悬浮电容1．引言在高压大容量变频调速领域，多电平变换器由于在提高电压等级和减小输出谐波上的巨大优势，获得了越来越广泛的应用。

虽然各种新拓扑结构层出不穷，但目前在工业上应用最多的多电平拓扑结构还是二极管箝位式和H桥级联式结构[1-2]。

二极管箝位式三电平结构在中压变频调速领域应用广泛，但受限于器件耐压等级，输出电压不能进一步提高。

若采用更高电平的话，则存在电容电压难以平衡的问题。

虽然采用背靠背结构或者增加外部均压电路能够控制电容电压的平衡[3-5]，但结构复杂，箝位二极管数量也急剧增加。

在高压变频调速领域，H桥级联式结构占有绝对的优势，不仅可以采用大量低电压等级的器件实现高压的输出，而且具有结构模块化强，使用器件最少，可靠性高，输入功率因数高，输出不需使用滤波器等优点。

其不足之处是需要使用移相隔离变压器，而且电平数越多，需要的变压器副边绕组也越多。

而多绕组移相变压器体积大，制造困难，成本也很高。

为解决移相变压器带来的H桥级联变换器的缺点，本文提出了一种新型的无变压器级联多电平变换器拓扑，它秉承了H桥级联结构模块化的优点，通过功率单元级联可以很容易地实现更高电平。

三相交错并联DC/DC变换器充放电功率分配控制策略作者：谢冰纪延超王建赜王赫马冲来源：《电机与控制学报》2018年第11期摘要：为了降低充放电电流纹波、延长蓄电池使用寿命，提高多变换器并联时功率均衡的速度，针对三相交错并联型DC/DC储能功率变换器，提出一种基于荷电状态幂次方的充放电功率分配控制策略。

通过引入电压补偿系数，防止蓄电池放电过程中直流母线电压的跌落；以两阶段充电为例，提出功率修正算法，避免分配到的充电功率大于模块自身的额定功率，造成蓄电池过充。

对不同均衡速率、多模块运行的暂态特性、充放电转换等条件下的变换器功率分配情况进行仿真验证，结果表明所提控制方法可以快速、有效的对蓄电池进行充放电功率分配控制。

关键词：三相交错并联；荷电状态；电压补偿系数；功率均衡；功率修正算法随着电网中可再生能源的介入及电动汽车的快速发展，储能技术成为当今电气领域的研究重点之一[1-2]。

储能技术可以解决新能源发电的间歇性和波动性问题，同时优化了传统电网的结构形态、调度管理、运行方式。

目前，电池储能技术已从低压、小容量的研究和应用发展到高压、大容量的研究和应用[3-6]。

三相交错并联DC/DC变换器输出电流纹波系数小，储能元件体积小，有利于延长蓄电池使用寿命，更加适用于大功率储能场合[7-9]。

根据功率等级的大小，储能系统往往需要多个模块并联运行，当多模块并联运行时，功率分配是一项重要的研究内容[10]。

本文在三相交错并联型电池储能变换器基础上，对储能模块的功率分配控制策略进行研究。

在模块化多电平储能系统中，文献[11]提出了一种三级电池充放电均衡策略，通过调节零序电流相量、调制波幅值、参考电流等实现子模块功率的分配；文献[12]将储能单元整体从模块化多电平变换器（modular multilevel converter， MMC）中分离出来。

通过调节MMC直流桥臂中各电池组的投入时间实现荷电状态（state of charge， SOC）均衡控制，增加了系統整体的控制难度。

一种混合功率器件三相三电平 anpc-dab 变换器及其调制方法混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种新型的功率电子设备，其具有高效率、高性能、高可靠性等特点，逐渐成为电力系统中替代传统变频器的重要装置。

本文将详细介绍ANPC-DAB变换器的原理、结构和调制方法。

一、ANPC-DAB变换器的原理及结构ANPC-DAB变换器是基于多电平全桥拓扑结构的三相变换器，其中ANPC代表Active Neutral Point Clamped，DAB代表Dual Active Bridge。

ANPC-DAB变换器的主要构成包括DC电源、多电平全桥逆变电路、谐振电感及滤波电容。

其工作原理是将直流电源通过多电平全桥逆变电路转换为三相交流电源，然后经过谐振电感和滤波电容进行滤波处理，最后输出给负载。

在ANPC-DAB变换器中，多电平全桥逆变电路是变换器的核心部件。

它由多组IGBT和二极管组成，可以产生多个电平的输出电压。

具体来说，由于连接了多个拓展电容器，多电平全桥逆变电路在每个半周期结束时会在其中三相电压的中点上增加电压电平，从而实现了功率的平衡。

同时，在变频器的电压端子上设置谐振电感和滤波电容，可以有效滤除谐振和高频干扰。

二、ANPC-DAB变换器的调制方法ANPC-DAB变换器的调制方法意味着如何在逆变过程中控制开关器件的开关状态，以实现输出电压的稳定性和质量。

常用的调制方法包括脉宽调制（PWM）和谐振脉冲调制（RPM）。

1.脉宽调制（PWM）脉宽调制是一种广泛应用于电力电子变换器中的调制方法。

它通过改变开关器件导通时间的占空比来控制输出电压的大小。

在ANPC-DAB变换器中，脉宽调制通过对每个拓展电容器的电压进行调制，以实现输出电压的控制。

一般采用的调制策略包括Sinusoidal Pulse Width Modulation（SPWM）和Space Vector Modulation（SVM）。

一种混合功率器件三相三电平 anpc-dab 变换器及其调制
方法
混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种用于变换
直流电压到交流电压的功率电子变换器。

它结合了多电平
逆变器和ANPC（Active Neutral Point Clamped）拓扑结构，能够提供高效的功率转换和低谐波失真。

ANPC-DAB变换器的基本拓扑结构由六个功率开关组成，分
为上下两个桥臂和一个中性点。

每个桥臂由两个开关组成，分别连接到直流电源和交流负载。

中性点连接到中性电压源。

ANPC-DAB变换器的调制方法是通过对各个功率开关的开关
状态进行控制来实现。

常用的调制方法有三角波PWM调制
和空间矢量调制。

三角波PWM调制方法是将一个三角波信号与一个参考信号
进行比较，根据比较结果来确定每个开关的开关状态。

通
过调整参考信号的幅值和频率，可以控制输出电压的幅值
和频率。

空间矢量调制方法是将输出电压表示为一个空间矢量，通
过控制空间矢量的方向和大小来实现对输出电压的调节。

空间矢量调制方法可以实现更好的谐波性能和动态响应。

ANPC-DAB变换器的调制方法需要考虑到各个功率开关的互
锁和平衡控制，以保证变换器的正常运行和高效性能。

总结起来，混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种高效、低谐波失真的功率电子变换器，通过调制方法对各个功率开关的开关状态进行控制，将直流电压转换为交流电压。

三相逆变器并联控制主从控制策略1. 引言1.1 概述本文旨在研究并探讨三相逆变器并联控制主从控制策略。

随着电力系统的快速发展和需求增加，三相逆变器在可再生能源领域以及工业应用中得到了广泛应用。

同时，并联控制作为一种提升系统性能和可靠性的手段，也受到了越来越多的关注。

因此，通过深入了解三相逆变器控制策略以及主从控制原理，进一步研究并验证并联控制的必要性与优势，对于提高电力系统的效率和可靠性具有重要意义。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分，我们将概述文章的背景和意义，并对文章内容进行简要介绍。

接下来，在“二、三相逆变器控制策略”中，我们会介绍三相逆变器的基本原理，并列举出其他常见的控制策略。

然后，在“三、主从控制策略及其设计原理”一节中，我们将详细讨论主从控制架构的概述、工作原理以及应用范围和局限性。

在“四、实验研究与结果分析”中，我们将介绍实验的设置与测试平台，并对不同并联控制策略的性能进行对比分析。

最后，在“五、结论与展望”部分，我们会总结本次研究的工作成果，并展望未来可能的研究方向。

1.3 目的本文的目的在于提供关于三相逆变器并联控制主从控制策略方面的详细阐述和深入理解。

通过本文内容的阅读，读者将能够了解三相逆变器控制策略的基本原理和常见方法，并深入学习主从控制策略的设计原理以及其在工程领域中的应用。

此外，通过对不同并联控制策略性能进行实验研究与结果分析，读者还可以对这些控制策略的性能进行更加全面地了解和比较。

最终，希望通过本文的撰写能够为相关领域的研究工作提供一定参考价值，并促进该领域技术水平的进一步提高。

2. 三相逆变器控制策略：2.1 三相逆变器基本原理：三相逆变器是一种电力电子设备，用于将直流电源转换为交流电源。

其基本原理是通过控制开关器件的导通和断开来改变输出电压的形式和幅值。

在三相逆变器中，通常采用六个双向开关（IGBT或MOSFET）来实现对正弦波输出的控制。

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]。

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。

《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（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。