魏晨華 ， 楊 巖 ， 謝 陽 ， 衛(wèi) 超

（1.西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院，陜西 西安 710072；2.西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)多電平電壓源型變換器（voltage source converter，VSC）在可再生能源并網(wǎng)、城市電網(wǎng)供電、電機(jī)傳動等工業(yè)領(lǐng)域[1]都發(fā)揮著積極的作用，并在這些年取得了很大進(jìn)展。但在許多高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的多電平電壓源型變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足更高的電壓和功率等級的要求。當(dāng)前，比較常見的電壓型多電平變換器拓?fù)淇梢苑譃橹悬c(diǎn)鉗位型和單元級聯(lián)型兩大類。中點(diǎn)鉗位型隨著電平數(shù)的增加，其所需的電子器件數(shù)量也會急劇增加，從而使得成本快速升高，令其在工程實(shí)踐中有一定的限制。相比于鉗位型多電平變換器，級聯(lián)型多電平變換器無需大量的鉗位器件，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便系統(tǒng)擴(kuò)容和引入冗余控制模式，直流電容電壓易于實(shí)現(xiàn)軟件均壓控制。然而，由于其沒有公共的直流母線，在遇到需要有功能量處理的場合，其各單元分別需要獨(dú)立的直流供電電源，需要多繞組隔離變壓器進(jìn)行整流，從而使得系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本極大的升高。其次，級聯(lián)型結(jié)構(gòu)無法直接運(yùn)用于高壓直流輸電等場合。

針對上述問題，德國學(xué)者M(jìn)arquardt R.提出了模塊組合多電平變換器（modular multilevel converter，MMC）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[2]。MMC不僅采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)還擁有公共直流母線，從而可以直接運(yùn)用于中高壓大功率有功變換場合。MMC通過調(diào)整子模塊串聯(lián)個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)電壓和功率等級的靈活變動，可以擴(kuò)展到任意電平輸出。相對于傳統(tǒng)的多電平變換器，MMC結(jié)構(gòu)有著明顯較小的諧波含量以及電磁干擾。另外，由于能量分散地存放在橋臂各個(gè)子模塊當(dāng)中，系統(tǒng)故障穿越能力得到了提升。

綜合以上論述，MMC型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)前熱點(diǎn)研究對象。本文在對MMC拓?fù)涔ぷ鳈C(jī)理進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，并對MMC的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)建模、直流電壓控制技術(shù)以及脈沖調(diào)制技術(shù)進(jìn)行分析和總結(jié)。最后，對MMC的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢做出展望。

1 MMC的拓?fù)浜凸ぷ髟砑疤攸c(diǎn)

1.1 MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1（a）為模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。換流器由多個(gè)橋臂組成，每一相的上下兩個(gè)橋臂構(gòu)成一個(gè)相單元，每個(gè)橋臂由n個(gè)模塊和一個(gè)電抗器La串聯(lián)而成。每個(gè)子模塊包含兩個(gè)IGBT和兩個(gè)續(xù)流二極管以及一個(gè)儲能電容。由圖1（b）可知，當(dāng)T1開通T2關(guān)斷的時(shí)候，子模塊電容被接入橋臂，此狀態(tài)稱為投入。當(dāng)T2開通T1關(guān)斷的時(shí)候，子模塊電容從橋臂中切除，子模塊輸出電壓為零，此狀態(tài)稱為切除。當(dāng)T1與T2均關(guān)斷的時(shí)候，子模塊進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，此狀態(tài)主要出現(xiàn)在子模塊充電或是故障時(shí)，在正常工作時(shí)不會出現(xiàn)此狀態(tài)。

圖1 MMC基本結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Basic structure of MMC

1.2 MMC相對于傳統(tǒng)換流器的技術(shù)優(yōu)勢

MMC結(jié)構(gòu)在運(yùn)用于高壓大功率場合具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面：

1）高度模塊化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。MMC主電路和控制電路均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過調(diào)節(jié)子模塊數(shù)量，可靈活調(diào)整MMC系統(tǒng)電壓和功率等級，便于系統(tǒng)擴(kuò)容，且縮短設(shè)計(jì)周期。

2）易于冗余設(shè)計(jì)。MMC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其系統(tǒng)擁有多種開關(guān)組合，易于冗余工作設(shè)計(jì)。

3）可替代性強(qiáng)。MMC的單元模塊采用容量相同的儲能電容和開關(guān)器件，當(dāng)單元模塊遇到故障時(shí)，具有很強(qiáng)的可替代性，便于系統(tǒng)更換維護(hù)。

4）具有公共直流母線。MMC無需進(jìn)行直流側(cè)濾波，可避免直流側(cè)短路引起的浪涌電流及系統(tǒng)機(jī)械破壞的風(fēng)險(xiǎn)，不僅提高了系統(tǒng)可靠性，而且降低了系統(tǒng)成本[2]。另外，公共直流母線的存在使得MMC可以工作在背靠背系統(tǒng)中。

5）模塊電容電壓易于均衡。在三相對稱的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)工況下，由于MMC換流器6個(gè)橋臂的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)相一致，所有橋臂都符合能量自然平衡的規(guī)律。因此，只需控制好橋臂內(nèi)部的電容電壓平衡，各個(gè)橋臂之間無需附加平衡控制，從而使得均壓控制得到了簡化，降低了系統(tǒng)成本。

6）具有較低的諧波含量和電磁干擾。由于MMC的等效開關(guān)頻率較高，使其具有較低的諧波含量和電磁干擾，電路中僅需很小的濾波電感，有助于簡化主電路器件，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

7）故障穿越能力強(qiáng)。由于MMC模塊單元直流儲能量大，當(dāng)網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，功率單元不會放電，直流母線電壓仍然平穩(wěn)運(yùn)行，因而具有很強(qiáng)的故障穿越能力。

8）開關(guān)損耗小。MMC實(shí)際開關(guān)頻率較低，故開關(guān)損耗小。

9）邏輯器件少。相對于傳統(tǒng)多電平換流器，在相同電平數(shù)情況下，MMC具有邏輯器件較少的特點(diǎn)，在很大程度上降低了系統(tǒng)成本，且有較高的可靠性。

綜合上述優(yōu)點(diǎn)，MMC在高壓直流輸電、中高壓電機(jī)傳動、電能質(zhì)量治理等中高壓大功率領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 MMC關(guān)鍵技術(shù)問題的研究分析

2.1 MMC的主電路建模研究

如圖1所示，由于3個(gè)相單元的對稱性，直流電流在3個(gè)相單元內(nèi)均分，即流過每個(gè)相單元的電流為Idc/3；又由于上、下橋臂的對稱性，交流相電流在上、下橋臂內(nèi)均勻分配，即流過每個(gè)橋臂的交流電流為相電流的一半。則a相上、下橋臂中的電流為：

穩(wěn)態(tài)條件下，直流電流在換流電抗上造成的電壓降為0，因此換流電抗無法提供直流電壓支撐，換流器的直流電壓Udc是子模塊中的電容來提供的。由此得到：

ap點(diǎn)的電壓為:

聯(lián)立（3）（4）兩式可得：

根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的對稱性，總有功功率和無功功率由上、下兩個(gè)換流器（MMC拓?fù)鋵?shí)際上是上、下兩個(gè)完全相同的半橋級聯(lián)型換流器構(gòu)成的）平均分擔(dān)。MMC的運(yùn)行特點(diǎn)決定ap與an點(diǎn)、bp點(diǎn)與bn點(diǎn)、cp點(diǎn)與 cn點(diǎn)分別是3對等電位點(diǎn)。

文獻(xiàn)[3]提出MMC的每一個(gè)橋臂都可以等效為一個(gè)受控電壓源 Uki（k=a、b、c 分別代表 abc 三相，i=1、2 分別代表上下橋臂）。將上、下橋臂的換流電抗看成并聯(lián)關(guān)系。將兩個(gè)換流電抗合并成一個(gè)電抗值等于原來電抗值一半的電抗后，主電路結(jié)構(gòu)得到了極大的簡化，從而有利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但這種等效模型是一種理想的上下橋臂完全對稱的情況，實(shí)際電路中，交流電網(wǎng)能量很難平衡，所以這種等效電路模型是用于MMC建模和控制的一種虛擬的理論模型。文獻(xiàn)[4]建立了電磁暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，分別對MMC交、直流側(cè)進(jìn)行了模型分析，指出直流側(cè)電壓的動態(tài)特性與各子模塊電容電壓、橋臂電流以及直流電流等因素相關(guān)。此模型的建立對研究MMC子模塊電容均壓起到了重要的指導(dǎo)作用。文獻(xiàn)[5]建立了開關(guān)函數(shù)模型，結(jié)合瞬時(shí)功率分析，又進(jìn)一步建立了MMC的時(shí)域解析模型，最后對建立的模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。文獻(xiàn)[6]對MMC的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)了控制系統(tǒng)。

2.2 MMC的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)

MMC的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)包括橋臂電感和功率單元電容參數(shù)的設(shè)計(jì)。主電路參數(shù)的合理選擇，直接影響到MMC電路的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)響應(yīng)特性。文獻(xiàn)[7]借鑒了實(shí)際工程中抑制電容電壓波動的電容值設(shè)計(jì)思路，根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)充放電能量關(guān)系，推出了滿足試驗(yàn)?zāi)芰σ蟮碾娙葜当磉_(dá)式：

試中k為回路電流比例系數(shù)，ε為電壓紋波率，Pdc為電路傳遞的直流功率，子模塊電容額定直流電壓U01。文獻(xiàn)[8]通過對MMC的內(nèi)部環(huán)流分析，由環(huán)流峰值反推出了MMC橋臂電感值：

但這種方法忽略了直流分量和高階分量，橋臂電感值的精確度受到影響。

近些年，關(guān)于直流電容參數(shù)選取的研究相對較多。文獻(xiàn)[2]通過分析橋臂能量脈動，結(jié)合子模塊電壓紋波系數(shù)ε（0＜ε＜0.5），給出了直流電容參數(shù)表達(dá)式：

文獻(xiàn)[7]借鑒了實(shí)際工程中抑制電容電壓波動的電容值設(shè)計(jì)思路，根據(jù)充電功率引起子模塊電容電壓脈動，得出子模塊電容電壓時(shí)域解析表達(dá)式，子模塊電容電壓中除了含有恒定的直流分量外，還包括幅值與電容值成反比的基頻和2倍頻波動量，但忽略了直流電容電壓脈動與MMC系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系。

2.3 MMC的調(diào)制策略

調(diào)制策略作為影響多電平變換器輸出性能的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。對于調(diào)制算法優(yōu)劣性的判斷標(biāo)準(zhǔn)為變換器輸出電壓形式逼近參考調(diào)制電壓的程度，并重點(diǎn)表現(xiàn)在輸出電壓的諧波含量以及總諧波畸變率THD（total harmonic distortion）上。多電平調(diào)制技術(shù)包括：階梯波調(diào)制技術(shù)、最近電平逼近（nearest level control，NLC）技術(shù)、空間矢量脈寬調(diào)制 （space vector pulse width modulation，SVPWM）技術(shù)、脈寬調(diào)制（pulse width modulation，PWM）技術(shù)等。

階梯波調(diào)制技術(shù)就是通過階梯波的疊加來逼近正弦波，其實(shí)質(zhì)就是對參考電壓量化逼近的過程。但因階梯波實(shí)質(zhì)上是逼近正弦波，因而在電平數(shù)較低時(shí)，會帶來大量的諧波分量，相對來說更適用于電平數(shù)較多的系統(tǒng)中。文獻(xiàn)[9]提出的最近電平逼近調(diào)制技術(shù)實(shí)質(zhì)上屬于階梯波調(diào)制的范疇，它是將上、下橋臂調(diào)制電壓參考值分別除以單個(gè)子模塊電容電壓，然后最近取整作為最終投入的子模塊個(gè)數(shù)，并對相應(yīng)的子模塊觸發(fā)序列脈沖。因其控制周期較短，因而具有較高的實(shí)時(shí)性。相對來說更適合運(yùn)用于電平數(shù)較多的系統(tǒng)中。此方法的優(yōu)點(diǎn)是有較好的調(diào)制波跟隨性能和較小的諧波含量。不足在于輸出電壓依靠直流總線電壓或移相角來調(diào)節(jié)，以至動態(tài)調(diào)節(jié)困難，NLC技術(shù)還會導(dǎo)致各個(gè)模塊輸出功率不均衡，并產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)流問題。文獻(xiàn)[10]對MMC可以使用的幾種調(diào)制策略進(jìn)行了比較，當(dāng)MMC用于高壓大功率場合時(shí)，最近電平逼近技術(shù)有著優(yōu)于其他調(diào)制策略的特點(diǎn)（如：開關(guān)損耗小、諧波含量低、總諧波畸變率低）。

多電平空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)是從兩電平空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上拓展而來的。由于其電壓空間矢量數(shù)與輸出電平數(shù)呈立方增長關(guān)系，所以當(dāng)SVPWM技術(shù)運(yùn)用于更高電平數(shù)的系統(tǒng)時(shí)，控制算法將會變得非常復(fù)雜。文獻(xiàn)[11]通過比較SVPWM算法與SPWM算法在電平數(shù)較低的情況下（不超過3電平），證明了SVPWM算法使得直流電壓利用率相對SPWM算法提高了1.15倍；相比于SPWM算法，SVPWM算法更易于數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)；SVPWM算法下系統(tǒng)的調(diào)制度飽和區(qū)加大，使得系統(tǒng)可靠性提高；SVPWM算法有著比SPWM算法更低的總諧波畸變率和更少的諧波含量。文獻(xiàn)[12]分析一種適用于MMC的多電平空間矢量分解方法。所需要的參考電壓分解為前置矢量和兩電平基本矢量，因而MMC多電平空間矢量可立即轉(zhuǎn)化為兩電平空間矢量算法，該方法不僅簡化了運(yùn)算，并且可以擴(kuò)展到任意電平數(shù)的MMC系統(tǒng)中。由于空間矢量算法具有高冗余度，為空間矢量分解的選擇也帶來了方便。以上的方法雖然會簡化運(yùn)算，但其運(yùn)算會過多的占用DSP芯片資源。同時(shí)，參考矢量的分解也會帶來一定的諧波，而且過多的矢量分解會帶來過高的開關(guān)損耗。

脈寬調(diào)制技術(shù)主要是由載波層疊 （Carrier Disposition PWM，CD-PWM）脈寬調(diào)制技術(shù)和載波移相 （Carrier Phaseshifted SPWM，CPS-SPWM）脈寬調(diào)制技術(shù)組成的。將載波層疊調(diào)制技術(shù)運(yùn)用到MMC系統(tǒng)時(shí)，由于其具有較高的開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，以及開關(guān)頻率不同而導(dǎo)致的較高的諧波含量，因此，CD-PWM方法不適用于MMC系統(tǒng)。文獻(xiàn)[13]通過對比不同載波調(diào)制技術(shù)下MMC的輸出特性，得出載波移相脈寬調(diào)制技術(shù)因其各功率單元具有相同的開關(guān)頻率，更小的諧波含量，且有利于電容電壓的均衡，更適合運(yùn)用于MMC系統(tǒng)。文獻(xiàn)[14]采用載波移相脈寬調(diào)制技術(shù)，在較低的開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)了較高的等效開關(guān)頻率，因此開關(guān)損耗小，諧波含量少。

當(dāng)電平數(shù)很高時(shí)，PWM算法的簡單性、快速性以及盡量占用較少的硬件資源成為主要因素。文獻(xiàn)[6]通過三相輸出電壓參考值得到其中一相上橋臂開關(guān)狀態(tài)平均值，根據(jù)伏秒等效原則，得出了開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，并通過抹去最小脈沖和反轉(zhuǎn)模塊開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了降低開關(guān)頻率。

2.4 MMC的子模塊電容均壓策略

影響模塊化多電平換流器性能優(yōu)劣的一個(gè)重要因素是保持子模塊電容電壓的均衡，使得各功率開關(guān)器件承受相同的電壓應(yīng)力，以及各模塊電容電壓處在一個(gè)相同的電壓水平。目前，大多數(shù)均壓策略是通過自身平衡控制算法來實(shí)現(xiàn)，也有一小部分是通過外部平衡控制電路來實(shí)現(xiàn)。雖然外部平衡控制電路的方法能夠大大簡化控制的算法設(shè)計(jì)，但新增加的外部電路無疑會增大系統(tǒng)成本，并且降低了系統(tǒng)可靠性。通過自身平衡控制控制算法實(shí)現(xiàn)均壓的方法經(jīng)濟(jì)性和可靠性則更強(qiáng)，問題在于如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中有功、無功能量的交換。

傳統(tǒng)電容電壓平衡控制方法的目標(biāo)在于控制各子模塊電容電壓之間的差值。實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）通過檢測裝置測得橋臂中各個(gè)子模塊的電容電壓值。

2）檢測流過橋臂的電流方向，以判斷投入子模塊的充放電情況。

3）控制器對子模塊的電容電壓值進(jìn)行排序。當(dāng)對投入子模塊進(jìn)行充電時(shí)，則將電容電壓值較低的子模塊投入，并將電壓值較高的子模塊切除。當(dāng)對投入子模塊進(jìn)行放電時(shí)，則相反。

傳統(tǒng)方法雖然能將各子模塊電容電壓的差值控制在一定范圍內(nèi)，但由每次排序結(jié)果的微小變化，各子模塊的觸發(fā)脈沖也要重新調(diào)整。導(dǎo)致了開關(guān)器件不必要的投切動作，增大了開關(guān)頻率，使得開關(guān)損耗較高。據(jù)此，國內(nèi)外學(xué)者廣泛地提出了新的電容均壓策略，以解決電容均壓與開關(guān)損耗之間的矛盾。實(shí)際上，平衡控制的目標(biāo)并不是僅追求各個(gè)子模塊電容電壓的差值范圍，而是抑制各子模塊電容電壓相對其額定值的波動幅度。文獻(xiàn)[15]提出了一種電容電壓的優(yōu)化平衡控制策略，在電容電壓的額定值附近設(shè)定一組電壓上、下限，并且引入保持因子的概念。從仿真結(jié)果中可看出，電容電壓上、下限的間隔增大，開關(guān)器件的通斷頻率略有下降，而子模塊電容電壓波動幅度略有增大，其對系統(tǒng)性能的影響不明顯。保持因子的細(xì)微變化便可導(dǎo)致開關(guān)器件的平均開關(guān)頻率顯著降低，隨著保持因子的進(jìn)一步增大，電容電壓的波動幅度也會隨之變大。此方法可在增加很小的電容電壓波動的前提下，顯著降低開關(guān)器件的通斷頻率。但只列出兩組相近的電壓上、下限進(jìn)行仿真對比，并不能完全客觀地說明其對系統(tǒng)性能的影響。其次，對于保持因子的取值范圍，文章也沒有明確指示。文獻(xiàn)[16]在采用NLC調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，對子模塊電容電壓進(jìn)行排序，根據(jù)橋臂電流方向直接選擇相應(yīng)的子模塊進(jìn)行觸發(fā)的傳統(tǒng)均壓方法進(jìn)行了改進(jìn)。提出了子模塊間最大電壓偏差為判斷依據(jù)的優(yōu)化電壓均衡控制方法，很大程度的減小了開關(guān)器件的通斷頻率，從而減小了換流器的開關(guān)損耗，但卻忽略了各子模塊電容電壓相對其額定值的波動幅度。

針對一般電容均壓策略開關(guān)頻率過高的問題，結(jié)合CPS-SPWM調(diào)制策略，文獻(xiàn)[17]提出了一種提前設(shè)定好子模塊的開關(guān)頻率，再根據(jù)調(diào)制波的變化來決定子模塊的觸發(fā)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)充放電時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)各橋臂電容電壓均衡的目的。此文與以往方法（將直流側(cè)電壓設(shè)為定值）的最大區(qū)別在于考慮到直流側(cè)電壓變化的影響，具有良好的有功功率及無功功率傳輸性能。文獻(xiàn)[18]提出了一種子模塊間電容均壓控制、電容穩(wěn)壓控制以及上、下橋臂間平衡控制的三閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過PI調(diào)節(jié)后實(shí)現(xiàn)水平方向（不同橋臂間）的平均電壓控制和豎直方向（同一橋臂內(nèi)不同子模塊電容）的電容均壓控制。此方法無需對子模塊電容電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)排序，但由于引入大量的PI環(huán)節(jié)，極大地增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。文獻(xiàn)[19]提出了一種電容電壓附加平衡控制策略，其實(shí)質(zhì)是通過調(diào)節(jié)能量在橋臂內(nèi)部的分布來達(dá)到各子模塊電容電壓的均衡。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是只需對各橋臂內(nèi)部進(jìn)行電壓均衡控制，無需對橋臂間做電壓平均控制，但一定要滿足橋臂內(nèi)所有子模塊參考電壓之和等于橋臂參考電壓的N倍這一前提條件。

綜上所述，基于自身平衡控制算法均壓策略主要分兩種：

1）子模塊電容電壓排序的方法。

2）通過閉環(huán)控制回路的均壓方法。

采用電壓排序法時(shí)功率器件的頻繁投切勢必增大了開關(guān)損耗，降低了系統(tǒng)效率。當(dāng)采取閉環(huán)控制回路的方法又增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性。所以，采取何種均壓策略還需根據(jù)工程實(shí)踐的要求而定。

3 MMC的研究前景

到目前為止，對于MMC型換流器的研究已經(jīng)有了大量的理論成果，但要在工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)這些理論成果還存在著很多問題。MMC換流器中關(guān)于環(huán)流抑制、故障穿越、電能質(zhì)量治理等理論分析也亟待展開深入的研究。

1）MMC的數(shù)學(xué)建模：數(shù)學(xué)模型的建立對研究系統(tǒng)特性、主電路參數(shù)設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)以及子模塊電容均壓等問題具有重要的理論指導(dǎo)意義。目前，絕大多數(shù)參考文獻(xiàn)的建模工作均是假定MMC各功率單元特性一致的理想狀態(tài)，這無法運(yùn)用于分析MMC非對稱運(yùn)行工作狀況下。實(shí)際電路中，儲能器件數(shù)量龐大，各種數(shù)學(xué)模型的建立還需深入研究。

2）MMC的參數(shù)設(shè)計(jì)：電容值、電感值是決定換流器總成本、占地面積大小的重要因素之一，電容、電感參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性將直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此需對參數(shù)設(shè)計(jì)做更多的研究工作。

3）MMC的調(diào)制策略：對于電平數(shù)比較低的應(yīng)用場合，MMC的調(diào)制策略研究已經(jīng)日趨成熟。但隨著電平數(shù)的增加，MMC的脈寬調(diào)制技術(shù)和控制系統(tǒng)將會變得更加復(fù)雜，針對大功率應(yīng)用場合中對開關(guān)損耗、輸出波形質(zhì)量等指標(biāo)要求，提出更為高效的調(diào)制策略仍是MMC理論研究的重點(diǎn)問題。

4）MMC的子模塊電容均壓問題：子模塊電容電壓的均衡控制與換流器開關(guān)器件的通斷損耗是一對無法避免的矛盾，如何合理實(shí)現(xiàn)電壓均衡和較低的能量損耗，是未來展開一系列均壓問題研究的理論前提。

4 結(jié)束語

本文從MMC換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手，分析了MMC的工作原理及工作特性，并從數(shù)學(xué)建模、參數(shù)設(shè)計(jì)、調(diào)制策略、均壓問題這幾個(gè)方面對當(dāng)前理論研究做了分析和總結(jié)。最后，對MMC的研究前景進(jìn)行了展望。

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