模块化多电平变换器关键问题研究综述
（096）清华大学-模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究
模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究武晓堃1 王奎1 万磊1, 2李永东1, 3（1. 清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京1000842. 中国电力科学研究院北京1001923. 新疆大学电气学院新疆乌鲁木齐830046）摘要模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种新型的多电平拓扑，因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。
本文介绍了MMC的拓扑结构和工作原理，并对常用于MMC拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析，并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的MMC仿真模型，分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法，比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现，并给出了不同调制策略的特点。
关键词：模块化多电平变换器；载波层叠调制；最近电平逼近调制；载波移相调制；悬浮电容；电压平衡控制1背景介绍相比于传统的交流输电系统，直流输电系统在远距离大容量输电方面具有巨大的优势，尤其是在离岸风电场等海底电缆输电场合，直流输电可以克服电容效应而被人们愈发重视[1, 2]。
传统的VSC-HVDC直流输电系统采用的换流技术主要以两电平和三电平为主。
该拓扑主要问题是电压等级受器件耐压限制，所能达到的电压等级不高，谐波较大。
其中ABB公司的IGBT串联两电平拓扑，虽然提高了电压等级，但是存在着串联模块均压以及同时触发等问题。
2002年，由德国学者提出了一种新型的多电平拓扑[3, 4]，即模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter），该结构高度模块化，通过模块级联就可以实现电压等级的提升[5-7]。
西门子公司将该拓扑转化为了专利和产品应用于直流输电等场合，其中美国的Transbay工程，每相子模块级联数为200，输送功率可以达到400MW[5]。
《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快速发展，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力变换装置，在高压直流输电、柔性交流输电系统以及新能源并网等领域得到了广泛的应用。
MMC 以其高可靠性、高效率、高灵活性的特点，成为了现代电力电子技术研究的热点。
本文旨在探讨MMC的原理、控制策略、运行特性及其在电力系统中的应用。
二、MMC的基本原理与结构MMC是一种基于模块化结构的电压源型多电平变换器，其基本原理是将多个子模块（SM）串联起来组成一个完整的变换器，每个子模块包括一个电力电子开关（如IGBT）和一个与其反向并联的二极管，以及相应的储能电容和电阻。
这种结构使得MMC具有较高的耐压能力，并可以输出多个电平的电压。
MMC的结构包括上下桥臂，通过控制上下桥臂中子模块的导通与关断，实现AC/DC和DC/AC的转换。
其特点是子模块数目多，控制复杂度高，但灵活性好，适用于高压大功率场合。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括子模块的投入与切除控制、环流抑制控制以及谐波消除控制等。
子模块的投入与切除控制决定了MMC的输出电压，而环流抑制控制和谐波消除控制则保证了MMC的稳定运行和输出波形的质量。
近年来，随着数字信号处理技术的发展，MMC的控制策略也在不断优化。
例如，基于模型预测控制的MMC控制策略能够更好地实现多目标优化控制，提高系统的动态性能和稳态性能。
此外，基于人工智能算法的控制策略也在MMC中得到了应用，如模糊控制、神经网络控制等，这些算法能够根据系统运行状态实时调整控制参数，提高系统的自适应性。
四、MMC的运行特性与优势MMC的运行特性主要包括高可靠性、高效率、高灵活性等。
由于其模块化结构，当某个子模块出现故障时，可以通过切换冗余子模块来保证系统的正常运行，因此具有较高的可靠性。
此外，MMC的输出电压可以调节为多个电平，使得谐波分量减少，提高了系统的效率。
同时，通过灵活调整子模块的投入与切除，可以实现快速响应和精确控制。
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。
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。
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究
模块化多电平变换器模型预测控制策略研究朱经纬;付文轩【摘要】模块化多电平变换器(MMC)因其具有公共直流母线的模块化拓扑结构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域.分析MMC拓扑结构,建立MMC数学模型,研究MMC运行控制规律;对MMC内部环流产生机理进行分析,推导了桥臂电流与内部环流的关系;分析了MMC模型预测控制策略.最后通过实验验证了模型预测控制策略能更有效地控制子模块电容电压平衡,减小环流幅值.%Modular multilevel converter (MMC)has been widely applied into HVDC,power quality control,electric drive and other fields due to its characteristic of modular topology of common DC bus.Topology structures of MMC were introduced,and then mathematical models of MMC were established as well as its regulation of operation control.The mechanism,quality and functions of circulation formation were analyzed.The relationship between current of bridge arm and circulating current was deduced.The model predictive control strategy of MMC was analyzed and the experimental results show that sub-module capacitor voltage is balanced and the circulating current amplitude is decreased effectively under the adopted control strategy.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)005【总页数】4页(P18-21)【关键词】模块化多电平;子模块电容电压;模型预测控制【作者】朱经纬;付文轩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM464多电平的拓扑结构在高压大功率场合得到了广泛应用。
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。
模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究
模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究一、本文概述随着可再生能源的大规模接入和电网结构的日益复杂，模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种先进的电力电子装置，在高压直流输电（High-Voltage Direct Current, HVDC）、灵活交流输电系统（Flexible AC Transmission Systems, FACTS）等领域得到了广泛应用。
MMC的电磁暂态特性对于电力系统的稳定运行和故障分析至关重要。
开展模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法的研究，对于提高电力系统的安全性和经济性具有重要意义。
本文旨在探讨模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法，通过对MMC的基本结构和工作原理进行分析，结合现有建模方法的优缺点，提出一种更为高效、准确的建模策略。
本文首先介绍MMC的基本结构和工作原理，然后分析现有建模方法的主要问题和局限性，接着详细阐述本文提出的高效建模方法，并通过仿真实验验证该方法的准确性和有效性。
本文还将对高效建模方法在实际工程中的应用前景进行讨论和展望。
通过本文的研究，希望能够为模块化多电平换流器的电磁暂态建模提供一种新的高效方法，为电力系统的稳定运行和故障分析提供有力支持，同时也为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、模块化多电平换流器基本理论模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）是一种先进的电力电子变换器拓扑，特别适用于高压大功率的电力系统应用，如高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS）。
MMC的基本结构由多个级联的子模块（Submodule, SM）和一个公共的直流侧电容组成，每个子模块都可以独立控制其投入或切除，从而实现对输出电压的精细调节。
MMC的核心思想是通过增加子模块的级数来实现电压等级的提升，同时保持每个子模块相对较低的电压应力。
子模块通常采用半桥（Half-Bridge, HB）或全桥（Full-Bridge, FB）结构，其中HB结构包含两个开关管和一个电容器，而FB结构则包含四个开关管和一个电容器。
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参数设计、 调 制 策 略 以及 子 模 块 电容 均压 策略 等 关键 问题 进 行 了对 比 分 析 。 最后 ， 本 文 对 ＭＭ Ｃ 的前 景 进 行 了展 望 。
关键词 ： 模 块 化 多 电平 变 换 器 ； 主 电路 建模 ；参 数 设 计 ； 调 制 策 略 ；电容 均 压 策 略
第 ２ ２卷 第 ６期
Ｖｏ １ ． ２ ２ Ｎｏ ． ６
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
２ ０ １ ４年 ３月
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
模块化多电平变换器关键 问题研 究综述
魏 晨 华 ，杨 岩 ，谢 阳 ，卫 超
的不 足 。 相 对 于 传 统 多 电 平 变换 器 ， ＭＭＣ具 有 谐 波 含 量 少 、 开关损耗低、 故 障 穿越 能 力 强 等 特 点 。 本 文 首 先从 ＭＭＣ的
拓 扑 结 构 和 工 作 原 理入 手 ， 分 析 了 ＭＭ Ｃ 的技 术特 点 。 其 次 ， 根 据 当前 国 内外 的相 关 理 论研 究 ， 对 ＭＭＣ主 电路 建模 、
， Ｘｉ ’ ｃ ｌ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｆＥ ｏ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ＇ ｃ ｍ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ７ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ 一 叭８ ２ 一 Ｏ ５
Ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｋ ｅ ｙ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｒ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
（ １ ． 西北 工 业 大 学 航 海 学 院 ，陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ； ２ ． 西安 石 油 大 学 电子 工 程 学 院 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：随 着 电 力 电子 技 术 的 快 速 发展 ． 多 电平 变换 器 及 其 相 关 技 术 的 研 究正 逐 步成 为 高 压 大 功 率 运 用 场 合 的 热 点 问 题 。模 块 化 多 电平 变 换 器 （ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ Ｍ ｕ ｈ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ＭＭＣ ） 因其 具有 模 块 化 的 结构 优 势 ， 弥补 了传 统 多 电平 变换 器