模块化多电平变换器研究综述_谢瑞
模块化多电平变换器多载波调制策略及其电容电压平衡技术的研究
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模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究1. 引言模块化多电平变换器是一种多级电力电子变换器，能够将直流电压转换为多个不同电平的交流电压。
它在工业和电力系统中广泛应用，具有高效、高可靠性和灵活性等优点。
本文将详细探讨模块化多电平变换器的调制与控制策略研究。
2. 模块化多电平变换器调制策略2.1 基础调制策略基础调制策略是指将模块化多电平变换器中的各个电平通过一定逻辑关系进行调制，以获取期望的输出电压波形。
常见的基础调制策略有： - 脉宽调制（PWM）：通过调整脉宽比来控制输出电压的幅值。
- 脉振调制（PWM）：通过调整脉冲数量来控制输出电压的幅值。
2.2 多电平合成调制策略多电平合成调制策略通过将多个电平的脉宽信号叠加起来形成最终的输出电压波形，以实现较高分辨率的电压调控。
常见的多电平合成调制策略有： - 多载波脉宽调制（MCPWM）：将多个载波信号与基础调制策略相结合，实现多电平的合成。
- 多电平脉振调制（MSPWM）：通过多个脉冲数量来实现多电平的合成。
3. 模块化多电平变换器控制策略3.1 传统控制策略传统的控制策略主要包括： - 比例积分控制（PI控制）：通过调整比例项和积分项的权重，实现输出电压的稳定控制。
- 直接功率控制（DPC）：通过测量输出功率并与期望功率进行比较，控制模块化多电平变换器的操作状态。
- 直接转换功率控制（DTPC）：将输出功率与期望功率的差值直接转换为控制信号，实现精确的功率控制。
3.2 先进控制策略先进的控制策略主要包括： - 预测控制（Model Predictive Control，MPC）：利用数学模型预测系统未来的行为，并根据预测结果进行控制决策。
- 模糊控制：基于模糊逻辑的控制方法，根据输入和输出的模糊集合关系进行控制决策。
- 神经网络控制：利用人工神经网络模拟人脑的学习和决策过程，实现模块化多电平变换器的自适应控制。
4. 实验研究与应用本文基于模块化多电平变换器进行了一系列实验研究，并将其应用于电力系统中。
模块组合多电平变换器的研究综述
模块组合多电平变换器的研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，多电平变换器作为一种高效、可靠的电力转换方式，在能源转换、电机驱动、电网接入等多个领域得到了广泛应用。
其中，模块组合多电平变换器因其模块化设计、易于扩展和维护等优点，受到了广泛关注。
本文旨在对模块组合多电平变换器的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。
本文将介绍模块组合多电平变换器的基本原理和分类，包括其基本结构、工作原理以及常见的拓扑结构。
在此基础上，将重点分析模块组合多电平变换器的性能特点，如输出电压波形质量、效率、动态响应等，以及其在不同应用场合中的优势和局限性。
本文将综述模块组合多电平变换器的关键控制技术，包括调制策略、均压策略、故障诊断与容错控制等。
这些控制技术对于提高变换器的性能、稳定性和可靠性具有重要意义。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在为相关研究人员提供有关模块组合多电平变换器控制技术的全面认识。
本文将展望模块组合多电平变换器的研究趋势和前景。
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，模块组合多电平变换器将面临更多的应用需求和挑战。
本文将对未来的研究方向和潜在的应用领域进行探讨，以期为相关领域的研究和发展提供有益的启示。
二、多电平变换器的基本原理与分类多电平变换器是一种电力电子装置，其核心思想是通过产生多个不同的直流或交流电平，以实现对输出电压或电流的精细控制。
这种变换器在高压大功率应用场合中特别受欢迎，因为它能有效减少开关过程中的电压和电流应力，从而降低开关损耗，提高整体系统效率。
多电平变换器的基本原理在于利用多个独立或相互关联的电压源或电流源，生成多个不同的电平。
通过合适的控制策略，这些电平可以被有效地组合和切换，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在电压和电流波形上更为平滑，产生的谐波分量更少，对电网的污染也更小。
中性点钳位型（NPC）：NPC多电平变换器通过在直流侧引入多个电容器，并将它们与开关管相连，形成多个电平。
中国科学 模块化多电平换流器范围
模块化多电平换流器（MPC）是一种先进的电力电子变换器，广泛应用于各种电力系统中。
在中国，科学研究在模块化多电平换流器领域取得了显著进展。
以下是对这一领域研究内容的总结：
1. 模块化多电平换流器的拓扑结构：研究了不同拓扑结构的模块化多电平换流器，以满足不同应用场景的需求。
2. 控制策略：针对模块化多电平换流器的控制策略进行了深入研究，包括电压平衡控制、环流控制、功率因素校正等。
3. 模块化多电平换流器的应用：研究了模块化多电平换流器在直流输电、可再生能源并网、储能系统等领域的应用。
4. 模块化多电平换流器的可靠性：针对模块化多电平换流器的可靠性进行了研究，包括器件选择、热设计、过电压保护等方面。
5. 模块化多电平换流器的仿真与实验：开展了模块化多电平换流器的仿真与实验研究，以验证控制策略和系统性能。
6. 模块化多电平换流器的标准化：研究了模块化多电平换
流器的标准化问题，以促进其在电力系统中的广泛应用。
总之，中国在模块化多电平换流器领域的科学研究涵盖了从拓扑结构、控制策略到应用、可靠性、仿真与实验以及标准化等方面，取得了丰富的研究成果。
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究随着电力系统对高效、可靠和经济的需求不断增加，多电平变换器在变频驱动等领域得到了广泛应用。
在多电平变换器中，调制与控制策略是影响其性能的重要因素。
本文就模块化多电平变换器的调制与控制策略进行研究，旨在提供更加高效、可靠和经济的控制方案。
一、多电平变换器的基本结构与控制策略多电平变换器的基本结构是由多个单元变换器级联组成，其中单元变换器的输出电压取决于其输入电压和开关状态。
多电平变换器的核心控制策略是调制，即对输入电压进行合理的分配和调整，以使输出电压满足设定的要求。
常见的多电平变换器控制策略包括：基于脉宽调制（PWM）的空间载波调制（SPM）、基于时间调制（TDM）的相位移调制（PPM）和基于选择性谐波消除（SHR）的控制策略等。
其中，SPM是一种常用的PWM策略，其主要思想是在极低频率的基础波上添加高频三角波进行调制，以达到分配电压等级的目的。
PPM则是另一种常用的技术，其通过改变不同单元变换器之间的输出相位来减少谐波，并简化了使用交流串联电容的电路，具有比SPM更好的性能。
二、模块化多电平变换器的调制与控制策略对于传统的多电平变换器，其控制信号需要在各个单元变换器之间传递，且每个单元变换器都需要进行复杂的调制计算，影响了控制效率。
而模块化多电平变换器通过将多个单元变换器分为不同的模块进行控制，可以有效提高控制效率。
本研究所采用的控制策略是基于模块化多电平变换器的，其主要特点是利用多模块转换器（MMC）替代传统的单元变换器，从而实现模块之间的直接串联，可以大大简化控制和调制计算。
在MMC的控制中，呈线性的母线电压需要通过合适的载波调制技术来变换为一系列的电平电压。
本研究所采用的基于MMC的控制策略是基于SHR技术的，其主要思想是通过选择特定的振荡频率来消除Harmonic L / N (N，L = 1, 3, 5 ...)所产生的谐波，从而保证输出电压的质量和稳定性。
模块化多电平矩阵变换器的控制研究
模块化多电平矩阵变换器的控制研究摘要：本文研究了一种新型的模块化多电平矩阵变换器（MMC）控制方法，该方法将传统MMC的控制方式进行改进，使其具有更高的可靠性和更好的控制性能。
在该方法中，将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块都由一个独立的控制器控制，同时，使用一种新型的状态估计算法，提高了MMC的控制精度和稳定性。
通过仿真实验和实际硬件实验验证了该方法的可行性和有效性。
关键词：模块化多电平矩阵变换器；控制；单元模块；状态估计算法1. 引言随着电力系统的快速发展和对电力品质的日益重视，多电平矩阵变换器（MMC）作为一种新型的柔性交直流转换装置被广泛应用。
传统MMC的控制方法主要是基于模型预测控制和PI控制，虽然这种控制方法具有一定的控制精度和稳定性，但是在实际应用中，MMC存在着许多难以克服的问题，如控制精度低、容易产生谐波、并网容易出现故障等问题。
因此，如何提高MMC的控制性能、降低控制成本是一个非常重要的问题。
2. MMC的模块化控制针对MMC存在的问题，本文提出一种新的模块化控制方法。
该方法将MMC划分为多个单元模块，每个单元模块由一个独立的控制器控制。
这种模块化的控制结构不仅可以降低整个控制系统的复杂度，而且可以降低成本，提高可靠性。
同时，由于单元模块能够独立地进行相应的控制策略，因此可以更加精细地控制MMC，从而提高控制性能。
3. MMC的状态估计算法为了更加精确地估计MMC的状态，本文提出了一种新型的状态估计算法。
该算法基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和输出反馈控制器（OFC），通过对MMC的状态进行动态估计，可以准确、全面地反映MMC的工作状态，从而实现对MMC的高效控制。
4. 仿真与实验验证为了验证模块化MMC控制和状态估计算法的有效性，本文进行了一系列的仿真和实验研究。
仿真结果表明，模块化控制结构可以有效地降低MMC的谐波含量，提高MMC的并网能力和控制精度。
同时，状态估计算法可以准确地反映MMC的状态，从而实现更好的控制效果。
模块化多电平变换器关键问题研究综述
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｈ ｏ ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ － ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ， ＭＭＣ ｍａ ｋ ｅ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｃ ｋ ｆ ｏ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ Ｌ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ，ＭＭＣ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ
ｌ ｅ ｓ ｓ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ，ｌ ｏ ｗ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ，ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｒ ｄ ｅ － ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｔｉ ｒ ｃ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ＭＭＣ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＭＭＣ． Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｌ ｙ ，ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
《2024年模块组合多电平变换器(MMC)研究》范文
《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已成为电力系统的重要一环。
其中，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的变换器拓扑结构，以其优越的性能和良好的灵活性，得到了广泛的关注和应用。
本文将对MMC的基本原理、特点及其在电力系统中的应用进行研究。
二、模块组合多电平变换器（MMC）的基本原理和特点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通过串联的方式组成一个整体，形成一个具有多电平输出的变换器。
每个子模块包含一个IGBT桥臂、一个电容和相关的保护电路等。
当需要调节输出电压时，通过控制各个子模块的通断状态，即可实现电压的调节和电能的质量控制。
MMC具有以下优点：1. 高电压输出：由于采用了多电平技术，MMC能够输出更高的电压，适用于高压大功率的场合。
2. 谐波性能好：多电平技术能够降低输出电压的谐波分量，减小对电网的污染。
3. 模块化设计：MMC采用模块化设计，方便了维护和升级。
4. 灵活性高：通过调整子模块的通断状态，可以灵活地控制输出电压和电能质量。
三、MMC在电力系统中的应用MMC在电力系统中的应用非常广泛，主要表现在以下几个方面：1. 新能源并网：MMC可以用于风电、光伏等新能源的并网系统中，实现电能的转换和传输。
2. 柔性直流输电：MMC可以用于构建柔性直流输电系统，实现电能的远距离、大容量传输。
3. 电机驱动：MMC可以用于电机驱动系统中，实现电机的高效、可靠运行。
4. 电力质量改善：通过MMC的多电平技术和灵活的控制策略，可以有效地改善电力系统的电能质量，减少谐波对电网的污染。
四、MMC的研究进展和挑战近年来，MMC的研究已经取得了重要的进展。
研究人员对MMC的控制策略、保护机制、故障诊断等方面进行了深入的研究，提出了许多新的思路和方法。
同时，随着新材料、新技术的不断发展，MMC的性能和效率也得到了进一步的提高。
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图 2 模块化多电平子模块类型
则有：
ìïipj í îïinj
= =
i cirj i cirj
+ -
1 2
i
sj
1 2
i
sj
（2）
交流侧电压为 vj ，列写上下两个桥臂的 KVL 方
程，有：
ìïïvj í îïïvj
= =
1 2
-
Vdc - vpj - L
1 2
Vdc
+
vnj
+
dipj
dt
L
dinj dt
出，上、下桥臂电感对于输出电压而言为并联关系，并
作为输出电感的一部分与输出等效阻抗相串联，从而
可以将等效的桥臂输出点前移到 j′ 点，桥臂输出电压
为 vj′ ，则有：
vj′
=
1 2
(v
nj
- vpj) =(Ls
+
1 2
L)
disj dt
+
v sj
（5）
（c） 双箝位模块
（d） 箝位型三电平模块
（e） 飞跨电容型三电平模块
明，最近电平调制法简单、易实现，一般结合排序算法实现电容电压平衡，适用于子模块数较多的场合，载波移相法的等效开关频率
较高，输出电压谐波小，可以利用闭环算法或者排序算法实现电容电压平衡，在子模块数较少时仍可适用。
关键词：模块化多电平变换器；直流输电；阶梯波调制；载波移相调制；电容电压平衡
中图分类号：TM464 文献标志码：A
0引 言
电能是现代社会不可缺少的能源，随着世界经济 的飞速发展，各行各业对电力的需求越来越大，因此 造成的能源短缺、环境污染等问题日益严重。在这种
背景下，以风力发电、太阳能发电为代表的可再生能 源发电技术正逐渐成为未来电力技术的发展方向和 研究热点［1］。但这些清洁能源存在位置分散、远离负 荷中心等特点，基于电压源变换器（VSC）的柔性直流 输电系统（VSC-HVDC）由于其经济、灵活、电能质量
1 拓扑结构及工作原理
1.1 拓扑结构 三相模块化多电平变换器拓扑结构如图 1 所示。
图 1 中每一个标有 SM 的方块均代表一个子模块。在
不考虑冗余的情况下，模块化 N +1 电平变换器由 6N 个子模块组成，每相有 2N 个子模块，上、下桥臂各包 含 N 个依次串联的子模块和一个桥臂电感 L ，每相的 输出从两个桥臂电感之间引出。
效电路，并总结了各种子模块拓扑的应用场合。同时针对 MMC 不同的调制方法，利用精确的解析表达式对其线性度、谐波特性进行
了比较分析。针对 MMC 不同的电容电压平衡策略，从系统成本、控制复杂度、系统损耗分布等方面进行了比较研究。介绍了国内已
经建成的和正在建设的 4 条基于 MMC 的柔性直流输电工程，比较了这 4 条线路的电压等级、系统容量以及运行特点。研究结果表
（3）
由式（1~3）可得：
ìíîïïïï2vjL=ddi12cti(rjv=nj
-v Vdc
)pj -
(v
1 2
L
disj dt
pj + vnj)
（4）
由式（4）可以得到输出电压和环流的等效电路，
图 1 模块化多电平拓扑结构
模块化多电平变换器的子模块有多种类型［8］，多
电子模块类型如图 2 所示。半桥模块是最早提出的、 也是应用最广泛的子模块，上、下两个开关管互补导
通，输出电压有电容电压和零两个电平，目前绝大部
分已经建成的或者在建的基于 MMC 的直流输电工程 均采用的是半桥子模块。但是半桥子模块不能通过
在国外柔性直流输电技术飞快发展的同时，国内 科研工作者和电力行业相关企业也对柔性直流输电技 术进行了广泛研究，上海南汇风电场并网项目、舟山多 端柔性直流输电工程、南澳三端柔性直流输电工程以 及大连跨海柔性直流输电工程纷纷启动或者投入运 行，标志着我国在柔性直流输电领域有着很好的基础。
本研究在阐述 MMC 的拓扑结构和运行机理后， 重点总结目前 MMC 研究中常用的调制技术和电容电 压平衡策略，并比较这些方法的优、缺点和适用范围， 最后展示我国目前已经建成的或者在建的 4 个基于 MMC 的柔性直流输电工程。
阀控技术限制直流侧短路时的故障电流，因此全桥模
块和双箝位子模块相继被提出。在输出同等电平数的
情况下，全桥子模块使用的开关器件是半桥子模块的
两倍，而且始终有两个开关器件投入电路，导通损耗较
大，而双箝位子模块使用的开关管介于全桥子模块和
半桥子模块之间，导通损耗也是介于两者之间，因此双
箝位子模块在未来的基于 MMC 的直流输电工程中具 有广阔的前景。
谢 瑞 1 ，胡 列 翔 2 ，徐 建 国 1 ，周 志 超 1 ，钱 锋 1 ，高 志 林 1
（1. 浙江省电力设计院，浙江 杭州 310012； 2. 国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310007）
摘要：针对模块化多电平变换器（MMC）的各种子模块拓扑结构，分析了其运行方式及特点，通过解析的方法得到了其输出和环流等
2010 年 Siemens 公司在美国旧金山建成了世界上 首条基于 MMC 的直流输电工程化线路，即 Trans Bay Cable Project，该线路直流电压等级为±200 kV，功率 等级为 400 MW，直流电缆长度 86 km，单个桥臂的子 模块数为 200，相电压电平数为 201［6］。随着柔性直流 输电技术的逐渐成熟，直流输电线路的电压等级和功 率等级逐渐提高，Siemens 公司承建的 Inelfe 工程作为 欧洲电力传输网络的一部分，跨接在法国的 Baixas 与 西班牙的 Santa Llogaia，采用模块化多电平的技术，容 量达到 2 000 MW，电压等级±320 kV，单个桥臂含有 400 个子模块，该工程成为世界上最大的 MMC-HVDC 工程，于 2013 年底投入运行［7］。
第 31 卷第 12 期 2014 年 12 月
机电工程
Journal of Mechanical & Electrical Engineering
DOI：10.3969/j.issn.1001-4551.2014.12.022
Vol. 31 No. 12 Dec. 2014
模块化多电平变换器研究综述
收稿日期：2014-08-14 作者简介：谢 瑞（1979-），男，浙江杭州人，博士，高级工程师，主要从事智能变电站电气工程设计和电力电子技术方案的研究. E-mail： zxrd@
· 1616 ·
机电工程
第 31 卷
高、可控性强的输电方式，可以将这些小型的分散电 源通过经济、环保的方式接入交流电网［2-3］。
1.2 工作原理
设流过上、下桥臂的电流分别为 ipj 、inj( j = a,b,c) ，
输出电流为 isj 。定义上、下桥臂之间的环流为 icirj ：
i cirj
=
i pj
+ 2
inj
（1）
第 12 期 （a） 半桥模块
谢 瑞，等：模块化多电平变换器研究综述
· 1617 ·
（b） 全桥模块
特性时可以认为 vNO 为 0。从输出等效电路中可以看
文章编号：1001-4551（2014）12-1615-08
Review of researching about modular multilevel converter
XIE Rui1，HU Lie-xiang2，XV Jian-guo1，ZHOU Zhi-chao1，QIAN Feng1，GAO Zhi-ling1
MMC 由大量的子模块构成，子模块数越多，直流 侧的电压可以越高，等效开关频率越高，交流侧输出
电压的谐波含量越小，但是控制系统越复杂，控制成
本越高，因此相关学者提出了一种折中的办法［9-11］，将
原来的子模块替换为传统的箝位型或者飞跨电容型
三电平模块，如图 2（d）、2（e）所示，这样可以使用更少 的子模块实现同样的功能。
（1. Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China； 2. State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）
Abstract： Aiming at comparing the different sub- modules of modular multilevel converter（MMC），the operation process and characteristics were analyzed. The equivalent circuits of output voltage and circulating current were obtained by the detailed mathematical expressions. Also the applications of these different sub-modules of MMC were summarized. In order to compare the different modulation strategies，the accurate expressions were calculated to analyze their linearity and harmonic characteristics. Then the performances of different capacitor voltage balancing methods were concluded from the perspectives of system cost，controlling complexity and system loss distribution. The voltage level，system capacity and operation characteristics of four MMC based HVDC projects in China were compared with each other. The researching results indicate that nearest level modulation（NLM）method is easy to be realized and usually adopted for the large scale MMC with the capacitor voltage sorting algorithm. Carrier phase shift pulse width modulation（CPS-PWM）can obtain the performances of high equivalent switching frequency and low distortion，and can be used with capacitor voltage sorting algorithm or closed-loop balancing method even when the number of sub-modules is small. Key words：modular multilevel converter（MMC）；high voltage direct current transmission；stair-case modulation；carrier phase shift pulse width modulation；capacitor voltage balancing method