模块化多电平换流器(MMC)原理简介
mmc的工作原理与基本特性
噪音特性
MMC的运行噪音较低，符合 环保要求。
环境特性
温度特性
01
MMC能够在较宽的温度范围内稳定运行，适应不同的气候和环
境条件。
湿度特性
02
MMC对湿度的适应性较强，能够在不同的湿度环境下正常运行
。
防护特性
03
MMC具备一定的防水、防尘、防震等防护能力，能够适应复杂
的环境条件。
03
MMC的应用领域
政策支持Байду номын сангаас
02
03
合作研发
政府可以提供政策支持，如补贴 和税收优惠，以降低MMC的初 始投资和运营维护成本。
通过合作研发，共享技术和资源 ，加快MMC的研发进程和市场 推广。
05
MMC的发展趋势与未来展望
技术发展趋势
高效能化
随着电力电子技术的不断进步，MMC的功 率等级和转换效率将得到进一步提升，以满 足更高性能的应用需求。
电力传输与分配
高效输电
MMC能够通过灵活的配置和拓扑结构，实现高压直流输电（HVDC）和灵活 交流输电系统（FACTS）等功能，提高电力传输的效率和稳定性。
分布式电网
MMC可以作为分布式电网的核心组成部分，支持微电网、智能电网等新型电网 模式的发展，实现能源的分布式管理和优化。
可再生能源系统
风能集成
模块化设计
为了便于制造、调试和维护，MMC的模块化设计 将成为未来的发展趋势，各模块之间的接口将更加 标准化和简单化。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和智能传感器，实 现对MMC的实时监测和控制，提高系统的 稳定性和可靠性。
市场发展前景
1 2
广泛应用领域
MMC作为一种高效、灵活的电能转换技术，将 在可再生能源、智能电网、电动汽车等领域得到 广泛应用。
MMC技术解读：打造现代化电力系统
MMC技术解读：打造现代化电力系统在过去的几十年里，全球电力系统经历了巨大的变革。
传统的同步发电机逐渐被更加高效、可靠的燃气轮机和风力发电机所取代。
然而，这些新型发电设备的接入给电力系统带来了新的挑战。
同步发电机时代的电力系统依赖于发电机和负载之间的同步运行，而新型发电设备的接入则导致了电力系统的动态变化。
为了解决这一问题，模块化多状态控制器（Modular Multilevel Converter, MMC）技术应运而生。
以我国为例，近年来，我国风力发电和太阳能发电行业取得了显著的发展。
然而，这些新型发电设备的接入给电力系统带来了巨大的挑战。
为了解决这一问题，我国研究人员和工程师积极开展了MMC技术的研究和应用。
以我国国家电网公司为例，其已在全国范围内建设了大量基于MMC技术的直流输电线路，实现了电力资源的跨区域调配，提高了电力系统的运行效率和可靠性。
除了在电力系统中应用外，MMC技术还可广泛应用于其他领域。
以电动汽车充电桩为例，通过采用MMC技术，充电桩能够实现高效、快速的充电，满足电动汽车的需求。
MMC技术还可应用于智能电网、船舶电力系统、可再生能源等领域，为这些领域的发展提供了强大的技术支持。
然而，MMC技术的应用也面临一定的挑战。
MMC设备的成本相对较高，制约了其在电力系统中的应用。
MMC技术的研发和运维需要高素质的专业人才，这对我国电力行业的人才培养提出了更高的要求。
MMC技术在实际应用中还需克服诸多技术难题，如故障处理、散热问题等。
MMC技术作为一种新兴的电力电子技术，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
通过不断研究和创新，我国电力行业有望借助MMC技术，打造现代化、高效、可靠的电力系统，为经济社会发展提供强大的动力。
同时，我们也要认识到，MMC技术的应用仍需克服诸多困难和挑战。
因此，我国政府和相关部门应加大对MMC技术研发和产业化的支持力度，培养高素质的专业人才，推动电力行业的持续发展。
MMC柔性直流电基本原理精选全文
可编辑修改精选全文完整版MMC柔性直流电基本原理通常，为了减小长距离输电线路的损耗必须提高输电线路的电压等级，即必须采用高压输电。
现有的高压输电技术主要包括高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）两种主流技术。
由于输电线路造价低、相同绝缘条件下线路的电力输送能力强，高压直流输电技术更适用于长距离大容量的电力输送，目前，高压直流输电技术主要有：基于电流源型换流器的HVDC（LCC-HVDC），即常规直流输电技术基于电压源型换流器的HVDC（VSC-HVDC）由于可控性和兼容性更佳，VSC-HVDC在中国也被称为柔性直流输电，简称“柔直”。
近年来，模块化多电平换流器（MMC）以其模块化的结构、低谐波含量、高运行效率等优点在柔性直流输电领域获得了广泛关注，并在多个实际工程中获得应用。
对应用于直流输电系统的MMC来说，具有如下特点：换流器容量大——通常在数百至上千MW电压等级高——交、直流电压在百kV等级功率模块数量巨大——高达数百至数千例如：广东南澳多端柔直工程容量200MW，直流电压±160kV，交流电压166kV，青澳站换流器功率模块数量为1320个云南鲁西背靠背柔直工程容量1000MW，直流电压±350kV，交流电压380kV，广西侧换流器功率模块数量高达2808个现有文献对应用于柔性直流输电系统的MMC开展了较多的研究，包括电路拓扑、数学模型、调制与均压、桥臂环流谐波抑制、快速仿真方法、故障保护策略等在电路拓扑方面，现有文献重点研究了具有直流短路故障抑制能力的换流器拓扑基于半桥型功率模块构建的换流器结构简单，运行效率高，但是无法抑制直流短路故障基于全桥或者双箝位型功率模块构建的换流器具有短路故障抑制能力，但是所需功率器件多，损耗大，造价高在MMC的数学模型方面，现有文献主要对MMC的交流侧、直流侧等效模型进行了研究，分析了电容参数及桥臂电感参数的设计方法现有文献对MMC的均压与调制策略也进行了研究载波移相脉宽调制策略开关频率固定，需要对每个功率模块都进行闭环均压控制，功率模块数量较多时几乎难以实现最近电平逼近调制策略具有开关频率低、均压实现简单的特点，但是模块的开关具有随机性，功率模块的开关频率不固定在基于最近电平逼近调制策略的低开关频率均压策略方面，现有文献提出了若干方法，但是这些方法在基波周期中的大多数时间内令功率模块投切状态不变，导致模块电容电压波动范围很大现有文献分析了桥臂环流谐波分量产生的原因，推导了桥臂环流谐波特性，提出了桥臂环流dq同步旋转坐标系下多PI控制器的抑制方法，实现较为复杂；基于PR控制器的抑制方法坐标变换简便，易于实现另外，在实际工程中发现，功率模块中的控制电路具有恒功率的负载特性，负载的恒功率特性导致了MMC在不控充电阶段会出现正反馈机制的电压发散现象2.MMC基本原理MMC特点：模块化结构，冗余设计降低系统停机概率多电平输出，输出电压谐波含量低储能电容分散，降低了直流储能电容的体积单个功率模块电压等级低通过功率模块串联可以适用于高压大功率场合功率模块介绍:半桥功率模块工作状态上管（S1）开：输出电压为UC上管（S2）开：输出电压为0上管开，对电容进行充放电，定义为投入状态下管开，功率模块不参与工作，定义为切除状态2个半桥功率模块串联输出电压S2开（切除）， S4开（切除），输出电压之和为0S2开（切除）， S3开（投入），输出电压之和为UC2S1开（投入）， S3开（投入），输出电压之和为UC1+ UC2两个功率模块串联连接时输出电压为0，UC，2 UC所以当多个半桥功率模块串联输出电压所有功率模块均处于切除状态，输出电压为零；任意一个处于投入状态，输出电压为UC；任意两个处于投入状态，输出电压为2UC；任意x个功率模块均处于投入状态，输出电压为xUC。
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。
mmc 桥臂电流
mmc 桥臂电流
MMC（Modular Multilevel Converter，模块化多电平变流器）
是一种新型的换流器拓扑结构，常用于高压直流输电系统及其他高功率电力电子应用。
MMC桥臂电流指的是MMC中每个
桥臂（Bridge Arm）传导的电流。
在MMC中，每个桥臂由多个子模块（Submodule）组成，每
个子模块都包含一个晶闸管（IGBT）和一个电容。
桥臂电流
是通过IGBT和电容进行控制和调节的，以实现有源电流补偿，提高功率因数及电流质量。
MMC桥臂电流的大小和方向是通过控制每个子模块的开关状
态来实现的。
开关状态的不同组合会导致不同的电压和电流波形，以实现对输出电压和电流的控制。
准确控制MMC桥臂电流是MMC系统正常运行的重要条件之一，有助于提高整个系统的功率传输效率和稳定性。
模块化多电平矩阵变换器参数设计
模块化多电平矩阵变换器参数设计模块化多电平矩阵变换器（Modular Multilevel Matrix Converter，简称MMC）是一种新型的电力电子转换器，它具有多电平输出、模块化设计、高效率、高频响应等特点。
在电力系统中，MMC可以用于直流输电、风能和太阳能发电系统、电动汽车充电系统等多个领域。
如何进行MMC的参数设计是一个重要的问题，本文将对该问题进行全面的讨论，以期对工程实践有一定的指导意义。
首先，MMC的参数设计需要考虑其工作频率和最大功率等级。
根据实际应用场景和系统要求，确定MMC的工作频率和最大功率等级是非常关键的。
工作频率高可使得MMC在电力转换过程中具有更快的响应速度和更好的控制性能，同时也会增加设备的损耗。
而最大功率等级则决定了MMC能够承载的负载大小，需要根据实际负载需求进行合理选择。
其次，MMC的电容模块参数设计是非常重要的一环。
MMC采用多电平输出方式，因此需要有足够的电容来存储电荷，以实现电力转换。
为了保证MMC的性能和稳定性，电容模块的参数设计需要满足一定的要求。
首先，电容的容量要足够大，以确保能够储存足够的电荷；其次，电容的电压等级应与MMC的输出电压等级相匹配，以保证电荷的平衡和稳定。
另外，MMC的开关器件参数设计也是非常重要的。
开关器件是MMC 的核心部件，其性能和参数的选择直接影响整个MMC系统的性能和效率。
对于MMC来说，开关器件的关键参数包括：开关频率、导通和关断电流能力、开关损耗等。
开关频率应根据MMC的工作频率和控制策略来确定，一般要求开关频率高，以提高系统的响应速度；导通和关断电流能力要足够强，以确保器件正常工作和可靠性；开关损耗要尽量降低，以提高系统的效率。
最后，MMC的控制策略和算法也是参数设计中需要考虑的一部分。
MMC的工作可以通过电流控制和电压控制两种方式来实现。
电流控制方式适用于负载波动大、需要保持电流稳定的场景；电压控制方式适用于负载波动小、需要保持电压稳定的场景。
mmc定交流电压频率控制
mmc定交流电压频率控制
MMC（模块化多级换流器）是一种用于高压直流输电（HVDC）系统的换流器，它允许电力系统在不同的电压和频率下进行交流电压频率控制。
MMC通过控制每个模块的换流器输出电流和相位角来实现对交流电压频率的控制。
每个模块都包含一个电容器和一个可控换流器，它们可以独立控制电流和相位角，从而允许MMC以任意的电压和频率输出交流电压。
具体来说，MMC的控制方式可以分为电压控制和频率控制两种。
1. 电压控制：MMC可以通过调节每个模块的换流器输出电流来控制输出电压的大小。
当需要输出较高的电压时，模块将产生更大的输出电流；当需要输出较低的电压时，模块将产生较小的输出电流。
通过控制所有模块的输出电流，可以实现对输出电压的精确控制。
2. 频率控制：MMC可以通过调节每个模块的换流器输出相位角来控制输出电压的频率。
换流器输出相位角的改变会导致输出电压的相位角改变，从而改变输出电压的频率。
通过控制所有模块的输出相位角，可以实现对输出电压频率的精确控制。
总而言之，MMC通过控制每个模块的换流器输出电流和相位角，可以实现对交流电压频率的精确控制。
这种灵活的电压频率控制方式使MMC成为一种理想的输电系统设备。
模块化多电平换流器(MMC)调制方法综述
•分布式电源及并网技术！电器与能效管理技术(2017%). 8)模块化多电平换流器（MMC )调制方法综述王蕊1，王斌2，万杰星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)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。
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中图分类号：TM 46文献标志码# A文章编号# 2095-8188(2017)08-0043-05DOI : 10.16628/j . cnki . 2095-8188. 2017. 08. 011王 蕊（1993—），女，硕士研究生，研 究方向为电力电子 技术在电力系统中 的应用。
Review on Modulation Metliods for Modular Multi-level ConvertersWANG Rui 1， WANG Bin 2， WAN Jiexing 1(1. School of Electrical Engineering ，Southeast University ，Nanjing 210096，China ;2. China Ocean Engineering Baoshen Cable Co .，Ltd .，Nanjing 225100，China )Abstract ： The topology and working principle ofmodular multi-level converter ( MMC ) were introduced andthe different modulation methods were introduced in detail . Next，it summarized the advantages and disadvantages of different modulation techniques and applications，providing a reference for the MMC ) s engineering application .At last ， this paper put forward the improvement direction of MMC modulation technology ，significance for the further research and exploration .Key words ： modular multi-level converter ( MMC ); modulation technique ; carrier phase shifted SPWM ( CPS -SPWM ); phase disposition PWM (PDPWM ); nearest level modulation (NLM ); multi-level space vector PWM ( SVPWM ); selective harmonic elimination PWM ( SHEPWM )步的研究成果，展现出良好的应用前景[1]。
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3、用途介绍
柔性直流输电
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
e1r Idc e2r DC1 e1l e2l
0.0385 [H]
R=0
3 [MVAR]
10 [MW]
A端电网
B端电网
R=0
#1
#2
e1l
rectify
inverter
e1r
0.0385 [H] #1 #2
3、用途介绍
5、MMC功率模块均压控制
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影 响。 在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态： （a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的 顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。 （b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的 顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
据全国大部分的市场份额。
32
2、鼠笼型异步电机 在不影响“能起动”的前提下，尽可能减小起动电流， 以减小起动电流对电网的冲击 I. 降压起动（起动电流减小，起动转矩随电压平方减小） 1 自耦变压器降压起动
2 Y 转换起动
3 定子回路串电抗器起动 4 用晶闸管构成的交流调压器降压起动
33
2、鼠笼型异步电机
模块 2CL2 模块 2CL20
换流器1
换流器2
MMC主回路拓扑结构
技术特点
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低；
3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。
4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且 节约了成本。 siemens和中国电科院所投 运的VSC-HVDC工程均采用 此拓扑结构。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。
m ———每极气隙磁通量
电机调速运行时应保持气隙磁通 恒定： 磁通太强---电机励磁电流增大，功率因数降 低，铁耗增大。 磁通太弱---电机铁芯不能充分利用，电磁转 矩矩下降。
为了保持 磁通为常数，调频时应同时调压，使 U/F=C, 变频调速系统常被称为变压变频（VVVF） 调速系统 (Variable voltage,variable frequnecy)
II. 某些特种电机，利用“挤流效应”设计深槽转子电机，或双鼠笼转 子电机。原理都是提高起动时的转子电阻，增加启动转矩，达到降
低启动电流的目的。但是这些方式会增加有功功率损耗。
34
异步电动机变频调电压与频率的协调控制
定子每相电动势的有效值: E1 4.44 f1 N1kN1m U1
N1k N 1 ———定子每相绕组的有效串联匝数
va Rs Ls
vb Rs
Ls Ls
ica
icb
pcc isa isb pcc
usb
vc Rs
Sn1
Ean
+ C －
icc
pcc
isc
NS
usa
usc
Sn2
S i1
Sn4
E bn C
+ －
Si 3
Sn3
HBbn
E cn C
+ －
HBcn
ilc ilb ila
E a2
+ －
C
HBa2
+ E b2 － C
四象限高压变频器，带绕线异步电机
0.0385 [H] #1 #2 e1l rectify e1r e2r Idc e1l DC1 e2l inverter e1r V A
R=0
3 [MVAR]
0.0
0
W S TL Tload IM
Iabc
Rrotor
Rrotor +
Rrotor +
+
3、用途介绍
四象限高压变频器，带绕线异步电机
A
C Larm
模块 1AL1
Udc
a
c
Larm
模块 2AL1
Larm
模块 1BL1
Larm
模块 1CL1
Larm
模块 2BL1 模块 2CL1
模块 1AL2 模块 1AL20
模块 1BL2 模块 1BL20
模块 1CL2 模块 1CL20
模块 2AL2 模块 2AL20
模块 2BL2 模块 2BL20
N级功率单元串联，最大输出 电压：
E ai
Sn3
Sn 4
Si1
+ C －
Si 2
Si 3
Si 4
U a NU m sin(t )
E a1
S11
+ C －
S12
S13
S14
三角波移相载波原理
uc ur
u
O
t
uo uo Ud uof
O
t
-U d
表示uo的基波分量 单极性PWM调制波形图，单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur 和uc的交点时刻控制IGBT的通断
解电容。
4、MMC控制策略
【总体控制功能设计】 外环控制器：换流器1作为从站，换流器2作为主站，高压直流电压（额定极间电压 20 kV）由换流器1从站负责控制，两站之间的有功功率可以反转，两站各自的无功 功率控制相互独立。 换流器1为直流电压环+无功功率给定；
换流器2为有功功率给定+无功功率给定；
HBb2
Ed
u di
Si 2 Si 4
uoi
Ea1
+ －
C
HBa1
+ E b1 － C
HBb1
E c1 +C －
HBc1
n
链式串联拓扑结构
功率单元全桥拓扑结构
全桥主回路拓扑结构
每个H桥输出产生SPWM波，基 波成分为：
Sn1
E an
+ C －
Sn 2
U1 U m sin(t )
异步电动机转速 n n0 (1 s)
60 f1 (1 s) p
cos2 转矩物理表达式T CTi I 2
转矩的参数表达式
2 2 Pem m1 I 2 r2 / s m1 pU1 r2 / s T 2 1 1 2 2f1 r1 r2 / s x1 x2
模块 1CU1
模块 2AU1
模块 2AU2
模块 2BU1
模块 2CU1
模块 1BU2
模块 1CU2
模块 2BU2
模块 2CU2
模块 1AU20
模块 1BU20
模块 1CU20
模块 2AU20
模块 2BU20
模块 2CU20
Larm
三相 10 kV 电网
Larm
B
Larm
Larm
Larm b
三相 10 kV 电网
MMC变流器原理介绍
基本原理
US
I
UC
U
在电网中，有功功率从相位超前侧流向相位滞后侧，无功功率由电压幅值高侧流向幅 值低侧！
基本原理
US
I UL
UC
US
I
UL
UC
U
UC
US
t
U
US UC
t
I Us UL I Uc UC > US时, I 为容性
UC
UL US
UC < US 时，I 为感性
全桥串联主回路拓扑结构
电流较大时，定子漏抗上的压降增大
感应电势E1减小
29
异步电动机的机械特性表达式
T f s 曲线
Tem
T f (s)曲线
Tst
s
1
0
有曲线段和直线段组成，以最大转矩 Tm 为界。
30
二、起动时应减小起动电流，增大起动转矩
1、绕线式异步电机 降低起动时转子回路中的 x 2 与 r2 的比值
励磁同步电动机
无刷直流电动机及开关磁阻电动机都满足“定子电流的频率与转速有严格 比例关系”的条件，所以也把它归入同步电动机
26
1． 异步电动机的电路等效原理图
x1：定子漏抗，x2：转子漏抗， r1定子电阻 r2转子电阻，xm 励磁电抗，rm 励磁电阻
27
1． 异步电动机的机械特性
一、固有机械特性
iSM
>0 <0 >0 <0 >0 <0
USM UC UC
0 0
状态 投入 投入 切除 切除 闭锁 闭锁
UC
0
MMC主回路拓扑结构
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
桥臂电感作用 1、交流连接电感
2、抑制相间环流
3、抑制短路电流
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于 直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 〒2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7.07kV 5.77kV 1.3kV 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2〓50 Hz〓π〓145A)=28.6 mH。 在初始引进技术资料中取值20mH。
28
起动时，转子中的电势、 电流的频率等于或接近 f 2 f1 于电源频率
转子漏抗x2 2 L2比转子电阻 r2大很多
cos 2很小
2 arctg2 L2 / r2 接近90o
I 2 cos 2并不大
cos2 T CTiI 2