第5章 多电平变换器.ppt

第39卷第4期河北工业大学学报2010年8月V ol.39No.4JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY August2010文章编号：1007-2373(2010)04-0005-06三电平变换器控制算法的优化黄文美1，张时明1，孙英1，李小鹏2（1.河北工业大学电气工程学院，天津300130；2.天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院，天津300222）摘要对二极管箝位型三电平变换器的SVPWM控制算法进行了研究，提出一种基于非正交120°坐标变换的SVPWM调制简便算法．该算法不仅具有60°坐标变换的优势还具有将三相空间电压标量化的优点，克服了传统SVPWM算法中涉及三角函数运算而导致运算量大的缺点．通过MATLAB7.0进行仿真实验验证了该算法的正确性和有效性．关键词三电平变换器；SVPWM；仿真；MATLAB/Simulink；算法中图分类号TM381文献标识码AAn Optimized SVPWM Algorithm for Three-Level Converter HUANG Wen-mei1，ZHANG Shi-ming1，SUN Ying1，LI Xiao-ping2(1.School of Electrical Engineering,Hebei Univ ersity of Technology,Tianjin300130,China；2.Automation and ElectricalEngineeringCollege,Tianjin Univers ity of Technology and Education,Tianjin300222,Ch ina)An optimized algorithm of SVPWM is researched according to the Neutral Point Clamped of thre e-Level Con-verter.This paper proposes a simplified SVPWM algorithm based on non-orthogonal120°coordinate transformation. It not only has the advantages of60°coordinate transformation,but also has the advantages to turn three-pha se space voltage into scalar.This algorithm overcomes the shortcoming of traditiona l algorithm which will be involved in the ex-cessive calculation of trigonometric f unction.The Simulation experiment is achieved by MA TLAB7.0.And the results proved the correctness and validity of the proposedalgorithm.three-Level Converter;space vector pulse width modulation(SVPWM);simulation;MA TLAB/simulink;algorithm0引言国家“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右、主要污染物排放总量减少10%，因此节能减排是构建社会主义和谐社会的重大举措．例如变频器在风机水泵类负载上的应用往往可以避免1/3到1/2的无谓电耗[1]．在中高压变频调速、电网无功功率补偿等高压大容量电力电子变换系统中，传统的两电平变换器结构已经无法满足应用要求．为了更好的节能减排，研究者们做了大量的研究工作，提出了多种实现方案，如多重化技术、功率器件的串并联技术、组合变换器的相移技术及多电平技术．多电平技术是目前研究的热点，而三电平技术以器件少、对功率器件的耐压要求低，输出电压电流谐波含量小，因此得到广泛重视和应用．近年来，多电平变换器技术在拓扑结构、控制方法等方面的研究取得重大突破和发展．多电平技术的控制算法归纳起来主要有载波调制法和SVPWM（电压空间矢量脉宽调制控制）两类．SVPWM控制法具有线性调制范围宽、输出谐波小和容易实现数字化控制等特点，尤其在对电机进行控制时还具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点，所以目前多电平PWM控制中大量采用SVPWM控制方法[2-5]．常规的SVPWM控制算法计算量大，要耗费数字处理器大量的存储空间和运行时间．在此，本文提出一种基于非正交120°坐标变换的三电平SVPWM调制算法，该算法不仅具有60°坐收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（556）；河北省自然科学基金（）；教育部科学技术研究重点项目（）作者简介：黄文美（），女（汉族），博士，副教授．2009-09-1409710E20100001082080071970-6河北工业大学学报第39卷标变换的优势还具有将三相空间电压标量化的优点．算法将空间电压参考信号经过120°坐标变换，得到相应的分量，从而计算各矢量的作用时间，无需计算三角函数，大大减少了工作量，使SVPWM 更易于数字化实现．通过MATLAB7.0进行仿真实验，验证了所提出的SVPWM 算法的正确性及有效性．1三电平变换器SVPWM 基本原理1.1二极管箝位式三电平变换器拓扑三电平变换器主要有二极管箝位式和电容箝位式(Capacitor Clamped )．二极管箝位式又称中性点箝位式(Neutral Point Clamped-NPC )．两种结构各有千秋，笔者主要研究NPC 三电平变换器，此结构主要缺点是存在中点不平衡问题[2-3]，笔者在此不作详细讨论，认为中点电位是平衡的．图1为变换器主电路拓扑．图中的每一相均由4个主开关器件、4个续流二极管和2个箝位二极管组成．以A 相为例，当T 1和T 2同时导通时，输出端点对点的电平为DC /2，定义该状态为状态p ；当T 2和T 3同时导通时，点对点的电平为零，定义该状态为状态o ；当T 3和T 4同时导通时，点对点的电平为DC /2，定义该状态为状态n ．所以，该电路每相桥臂能输出3个电平状态，称为三电平变换器．1.2空间矢量的定义交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，考虑到它们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量．在图2中，A 、B 、C 分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差2/3，三相定子相电压A、B、C分别加在三相绕组上．可以定义三个定子电压空间矢量使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上．则可以定义三个定子电压矢量A、B、C为A=B=2/3C=2/3(1)三相电压为=sin=sin2/3=sin+2/3(2)式中：为三相电压幅值．三相合成矢量为S=2/3(A+B+C)=2/3(+2/3+2/3)==+(3)1.3基本空间矢量NPC 结构中每相有p 、o 、n 3种开关状态，则可以组合33=27种开关状态，分别对应27种空间电压矢量．根据公式(3)可得到图3．由图可见，三电平空间电压矢量共有条基本矢量，可分为长矢量、中矢量、短矢量和零矢量[6]．图1二极管箝位式三电平变换器结构Fig.1Structure o f neutral point clamp ed of three-lev el converter图3扇区与空间电压矢量图F 3R z 65opo npo nonn p nop nppoppnpon pnn poo ppp oppnpponn o oo nnn oon noo pop oop pno ono nnonop pnponp nnp456Ⅰ331212432465314212151246653465ⅥⅤⅣⅢⅡ3图2异步电动机的定子电压空间矢量Fig.2V oltage vector of motor statorBB1SACCAC 1C 2T 1T 2T 3T 4D 4D 3D 2D1D 5D 627ig.unning one an d vo lta ge ve ctor7黄文美，等：三电平变换器SVPWM 控制算法的优化第4期由图3知，基本矢量将空间电压矢量分布图分成了6个大扇区，每个扇区可以分成6小扇区．根据合成参考矢量确定所在扇区，根据伏秒平衡原则计算作用时间，再确定个开关状态的作用顺序就可以实现SVPWM ．此算法需要计算大量的三角函数，计算量大，运算复杂．因此提出一种新的算法来对SVPWM 进行优化．2SVPWM 的优化2.1坐标变换设非正交120°坐标系为坐标系，取轴与直角坐标系轴重合，逆时针旋转120°即为轴，则坐标系与直角坐标系的关系为=+3=23(4)三相电压在空间上互差2/3，进行3/2变换，在利用公式(4)则可将三相电压变换到非正交坐标系中，则=11/302/3=23101011A B C(5)将公式(5)变为=2/3AC =2/3BC(6)从公式(6)可以看出三相电压在进行空间矢量合成的时候只需要进行标量运算即可，不需要进行矢量运算，简化了计算．将三电平的基本矢量进行变换，即可得120°坐标系的空间矢量图，如图4所示．从图4可以看出，经过坐标变换基本矢量的坐标变为整数，SVPWM 的控制算法变得简单．2.2扇区判断及时间计算2.2.1扇区判断将公式(3)化简为==(7)由于角的范围在(,)，利用公式=3+(8)式中：（）为向上取整函数．根据的值可以确定S落入在区．与扇区号的关系见表1．每个扇区可以如图3分为6个子区间．令=2/DC,=2/DC，根据三角形和三角函数关系可以推出子区间判断关系，推出规则1．规则1：若<1,<1,2<，则=1；若<1,<<2则=2；若>1,<1,<1,>2，则=3；若>1,<1,<2，则=4；若>1,<1,>1,>2，则=5；若>1,>1则=6．依据规则1可以判断落入第一扇区中的子区间，其他扇区可以转化到第一扇区，依据规则进行判断．根据规则还可以判断空间矢量工作在线性调制区或者过调制区，在此不做详细讨论，假设工作在线性调制区．2.2.2时间计算为了减少变换器输出电压的谐波，采用最近三矢量方法选择基本空间电压矢量，以此来合成参考电压空间矢量，即合成参考电压矢量所需的基本矢量应选择参考电压矢量所在区域的最小三角形3个顶点上的矢量．假设合成参考电压矢量位于第一扇区第5小区，如图所示，此时合成参考电压矢量由基本矢量图4第一扇区空间矢量图Fig.4The first running zone and voltage v ector表1P 与扇区号N 的对应关系Tab.1Relation of P andzones123456IVVVIIIIIII434S12(22)6(11)2135(21)(20)(10)548河北工业大学学报第39卷1、2、5合成．根据空间电压矢量的定义可以推出1=12D C,2=DC,5=32DC/6．经变换为1=12,1=02=,2=05=5=12。

储能双向三电平dcdc拓扑储能双向三电平dcdc拓扑是一种用于能量储存系统的电路拓扑，它可以实现能量在不同能源之间的双向转换。

本文将以储能双向三电平dcdc拓扑为主题，从拓扑结构、工作原理、控制策略等方面一步一步进行详细的阐述。

第一部分：储能双向三电平dcdc拓扑的基本结构和功能储能双向三电平dcdc拓扑是基于多电平变换器的一种降压拓扑结构。

它由两个脉宽调制（PWM）三电平图形逆变器连接在一个中间电感上构成。

其中，输入端连接外部电源，输出端连接储能元件，例如电池或超级电容器。

该拓扑在双向能量转换过程中，可以将高压能源转换为低压能源，并将低压能源转换为高压能源。

储能双向三电平dcdc拓扑的主要功能包括：1. 实现能量储存系统的高效能量转换：该拓扑能够将输入端的能量转换为适合储能元件的电能，并在需要时将储能元件的电能转换为输出端所需的能量。

2. 双向能量流动：该拓扑可以实现能量在不同能源之间的双向转换，使得能源的利用更加灵活和高效。

3. 优化能量传输：该拓扑能够通过PWM技术和多电平变换器的结构优化能量的传输效果，提高系统的效率和稳定性。

第二部分：储能双向三电平dcdc拓扑的工作原理储能双向三电平dcdc拓扑的工作原理如下：1. 入口端工作原理：当输入能源的电压高于设定的储存能量元件的电压时，PWM逆变器产生特定的脉宽调制信号，通过电感和开关元件将能源传输到储能元件中进行储存。

在这个过程中，逆变器中的开关元件被适时开启和关闭，以保持输入电压和输出电压之间的转换效果，同时将电压传输到储能元件中。

2. 出口端工作原理：当储能元件的电能被需要时，PWM逆变器将产生适当的脉宽调制信号，通过开关元件和电感将储能元件中的电能转换为输出端所需的电能。

在这个过程中，逆变器中的开关元件以适当的方式开启和关闭，以保持输入电流和输出电流之间的转换效果，同时将电能传输到输出端。

3. 控制策略：储能双向三电平dcdc拓扑的控制策略通常分为两个部分，即输入端控制和输出端控制。

多电平逆变电路的三种控制方法多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。

1. 三角载波PWM方法①消谐波PWM（SHPWM）法消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。

为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。

消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。

②开关频率最优PWM（SFOPWM）法开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。

它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。

对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。

这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。

但是该方法只能用于三相系统。

因为在单相系统中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。

实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。

所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。

③三角波移相PWM（PSPWM）法三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。

这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。

多电平变换器拓扑关系及新型拓扑王琛琛;李永东【摘要】多电平变换器在高压大容量电力电子及交流调速系统中已经得到了广泛应用.本文对多电平发展的历程进行了回顾,分析了多电平拓扑结构之间的联系,提出了通用多电平拓扑简化成其他多电平拓扑所要遵循的规律.在此基础上,提出了两种新的拓扑结构,并对其工作原理和控制方法进行了仿真研究.仿真结果验证了所提出的拓扑和控制方法的可行性,也进一步证明所提出的通用多电平拓扑简化规律的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】8页(P92-99)【关键词】多电平变换器;通用多电平;拓扑;内环辅助钳位【作者】王琛琛;李永东【作者单位】北京交通大学电气工程学院,北京100044;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言多电平变换器从产生至今已经有近三十年的发展历史，其间产生了大量的拓扑结构。

研究多电平拓扑的目的是为了实现多电平输出，使变换器能够应用于更高电压等级的场合，提高输出电压的谐波性能。

研究各种拓扑的特点，分析并明晰各种拓扑之间的联系和区别，对于进一步研究拓扑具有重要意义。

本文首先对多电平变换器拓扑的发展做了一个回顾和讨论，整理了多电平变换器发展演变的思路，分析了多电平拓扑之间的联系，提出了通用多电平拓扑简化为其他拓扑的规律，在此基础上提出两种新的多电平拓扑结构，并对其工作原理和控制策略进行了仿真研究。

2 基本拓扑2.1 三极单元变换器实现多电平的最简单直接的方法就是构造一个多级直流电压源串联，且每级都有可控的独立输出通路，如图1a 所示。

这样的思想早在文献[1]中就已经被提出来。

但是受当时开关器件发展水平的限制，文章中采用反并联的晶闸管来实现这个开关的功能，晶闸管不能关断的缺点造成了不同等级电压通路之间的换流过程极其复杂，大大增加了控制的难度。

摘要多电平变换器的出现很好地解决了高压场合功率元件耐压低的问题，同时降低了单管的开关频率和开关损耗。

降低了开管过程中的电压变化率，减小了电磁噪声，使变换器的输出波形更接近正弦波。

因此，多电平变换器在高压大功率应用场合发挥着不可替代的重要作用。

如在电力系统中的无功补偿、谐波抑制以及高压直流输电，特别是在大容量高压电动机变频调速等领域应用非常广泛。

跟踪控制技术是电力电子领域中非常重要的一种控制方法。

该方法属于闭环控制，可以消除环内干扰。

同时，跟踪控制方法动态响应速度快，鲁棒性强，并且控制算法简单，电路容易实现。

因此，跟踪控制方法广泛地应用于各种电力电子变换装置。

但是，传统的跟踪控制方法存在一些问题。

如：传统定滞环跟踪控制开关频率波动较大。

传统定时比较跟踪控制方法又存在平均跟踪误差。

因此，提出一种算法简单，又能保证系统平均跟踪误差为零且开关频率可控的跟踪控制方法成为国内外专家研究的重要问题。

如果能够将跟踪控制算法应用到多电平变换器当中，将给多电平变换器的控制带来很大的方便。

跟踪控制属于实时闭环反馈控制，不仅可以提高多电平变换器的动态响应速度，还可大大提高多电平变换器的输出精度和抗干扰能力。

因此如何将跟踪控制方法应用于多电平变换领域成为很多专家和学者研究的问题。

本文提出了一种新型的跟踪控制方法。

该方法通过检测跟踪误差的过零信号，动态调整滞环的上下阈值，一方面保证了跟踪的平均误差为零，另一方面保证了恒定的开关频率。

这样，在输出波形中只包含特定次谐波，给滤波器的设计带来了方便。

文中在对这种跟踪控制方法的稳态特性、动态性能分析的基础上，将其推广到多电平变换器当中。

文章对这种基于误差过零点检测的多电平跟踪控制方法的电平跳变的机理进行了研究。

根据这一机理提出了相应的控制算法，并对电平跳变的动态过渡过程进行了分析。

本文利用Matlab仿真软件完成了基于S函数的Simulink仿真平台的搭建，实现了基于误差过零点检测的多电平跟踪控制方法的仿真研究。

上海交通大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及意义随着社会工农业生产规模的不断扩大，对能源的需求量也越来越大，对于现有的有限能源，如何合理利用，是各国政府关心的问题。

我国政府制定的“十一五”规划，把节能减排定为规划纲要，以保证我国经济和社会的可持续发展[1]。

电动机作为工业、农业、市政等领域的主动力源，是能源消耗的大户，根据国家权威部门统计，我国的发电量有60%左右被电动机消耗，而其中的90%被交流电动机消耗[2,3]。

因此，对于交流电动机的变频调速研究，存在着巨大的节能空间。

对于广泛应用的高压大功率风机、泵类的高压电机，由于传统的工作方式为电网电压直接驱动，存在电机转速不能根据实际工况进行有效地调节，造成了很大的电能损失。

而高压变频技术正是能够解决这个问题的关键技术，但现有的功率开关受耐压等级的制约，传统的两电平逆变器无法有效应用于高压变频调速领域，即使是采用功率器件直接串联的两电平逆变器，也存在动、静态均压问题，并且d v/d t较大，会产生难以处理的电磁干扰问题[4]。

为此，有学者提出一种多电平功率变换技术，旨在解决功率开关耐压不足与高压大功率驱动之间的矛盾，并且可以有效减小d v/d t，降低输出电压的谐波含量，已成为高压大功率驱动场合的发展趋势[5]。

多电平变换技术的思想最早是在1980年IAS年会上，由日本长岗科技大学的 A. Nabae等人提出的[6]。

该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关管串联，用一对串联箝位二极管和内侧开关管并联，其中心抽头和第三电平连接，实现中点箱位，形成所谓中点箱位变换器(NPC-Neutral Point Clamped)。

在这个电路中，主功率开关关断时，仅仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合高压大功率应用场合。

1983年，Bhagwat等人在此基础上，将三电平电路推广到任意N电平，对NPC电路及其统一结构作了进一步的研究[7]。

迫机＞易校镂丿应用2021,48(3)电力电子变流器技术EMCA模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法**刘道正-金鑫-游坤奇S刘罗S刘西蒙S易灵芝$(1.湖南电器科学研究院有限公司，湖南长沙410009；2.湘潭大学自动化与电子信息学院湖南省多能源协同控制技术工程研究中心，湖南湘潭4门105)摘要：模块化多电平变换器(MMC)子模块(SM)的数量与直流侧电压成正比，当SM增加时，会导致MMC的开关损耗急剧增加，因此降低功率器件的开关频率一直是MMC的重要研究方向之一。

采用最近电平逼近调制(NLM)方式,提出一种基于全桥型SM的改进均压排序法，旨在降低MMC中功率器件IGBT的开关频率,该方法实现相对简单，无需额外的控制器，且易于扩展。

最后,通过在MATLAB/Simulink平台搭建了19个全桥SM的仿真模型，验证了该方法的有效性。

验证了所提全桥型SM优化均压策略，可以有效避免IGBT 不必要的反复投切，降低IGBT的开关损耗,同时对外部输出特性不会产生负面影响。

关键词：模块化多电平变换器；改进均压排序法；开关损耗；全桥子模块中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1673-6540(2021)03-0075-06doi：10.12177/emca.2020.219Optimization of Voltage Sharing Control Method for Full-BridgeSub-Module of Modular Multilevel Converter*LIU Daozheng1,JIN Xin,YOU Kunqi1,LIU Luo2,LIU Ximeng2,YI Lingzhi2(1.Hunan Electrical Apparatus Research Institute Co.,Ltd.,Changsha410009,China;2.School of Automation and Electronic Information,Hunan Province Cooperative Innovation Center forWind Power Equipment and Energy Conversion,Xiangtan University,Xiangtan411105,China)Abstract：The number of modular multilevel converter(MMC)sub-modules(SMs)is proportional to the voltage of DC side.When the SM number increases,the switching loss of MMC will increase sharp,so reducing the switching frequency of power devices has been an important research direction of MMC.The nearest level modulation(NLM)is adopted and an improved equal-voltage ranking method based on a full-bridge SM is proposed,aiming to reduce the switching frequency of IGBT in MMC.This method is relatively simple,requires no additional controller and is easy to be extended.Then,19simulation models of full-bridge SM are built on MATLAB/Simulink platform to verify the effectiveness of the method.It is verified that the proposed full-bridge SM optimization voltage-sharing strategy can effectively avoid unnecessary repeated switching of IGBT,reduce the switching loss of IGBT,and have no negative eflects on the external output characteristics.Key words:modular multilevel converter;improved equal-voltage ranking method;switching loss;full­bridge sub-module收稿日期：2020-12-07；收到修改稿日期：2021-01-15*基金项目：国家自然科学基金项目(615724⑹；湖南省自科基金株洲联合基金项目(2020JJ6009);大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室开放课题作者简介：刘道正(1988—)，男，硕士，工程师，研究方向为高低压电器产品检测方法和设备。

二极管箝位五电平变换器控制方法佘致廷，曹达，彭永进（湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082）收稿日期：2010-06-14；修回日期：2010-11-09基金项目：国家自然科学基金资助项目（60874096）Project supported by the National Natural Science Foundation of China （60874096）电力自动化设备Electric Power Automation EquipmentVol．31No .4Apr.2011第31卷第4期2011年4月摘要：传统二极管箝位变换器的电压变化率和共模电压较高，且波形谐波含量较大，使得输出滤波器的设计变得复杂。

为了克服以上不足，在分析五电平变换器桥臂拓扑的基础上，结合SHEPWM 法和SFOPWM 法两者的优点，提出了一种新型PWM 控制方法。

由于直流侧各个电平都得到应用，基于该新型PWM 控制技术的二极管箝位型五电平变换器具有了更高的调制比、更少的谐波。

仿真及实验结果表明，在低调制比与高调制比的情况下，该方法都能很好地实现对二极管箝位五电平变换器的控制，变换器输出波形正弦度好，谐波含量低，因此该二极管箝位五电平变换器控制方法较适合应用于大功率高电压功率变换场合。

关键词：二极管箝位；五电平变换器；脉宽调制；拓扑中图分类号：TM 464文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）04－0047－03表1输出电压与开关状态之间的关系Tab.1Relationship between outputvoltage and switch state输出电压开关状态V T1V T2V T3V T4V T5V T6V T7V T82E on on on on off off off off E off on on on on off off off 0off off on on on on off off -E off off off on on on on off -2Eoff off off off on on on on注：“on ”表示开关器件导通，“off ”表示开关器件关断。

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。