一种新型模块化多电平换流器调制策略研究

谭玉茹，苏建徽

（合肥工业大学 教育部光伏系统工程研究中心，安徽 合肥 230009）

1 引言

VSC－HVDC的核心部件为电压源换流器（VSC），其拓扑结构有多种形式。两电平或三电平VSC受电平数限制，不能满足更高电压等级和功率等级要求，并且开关管串联均压问题难以解决。模块化多电平换流器（MMC）于2001年首先被提出［1］，其具有以下优点：1）分布式储能电容布置；2）模块化设计；3）简单的串联组合；4）无需大容量交流滤波装置；5）高开关频率；6）易实现冗余；7）良好的前端灵活性；8）使用标准交流变压器或不需变压器；9）共直流总线，适用于高压大功率场合。由于MMC具有以上良好的特性，因而非常适合应用于 VSC－HVDC中［2］。

国内对于MMC的研究近几年才开始，用于VSC－HVDC的MMC电平数往往需要达到几十甚至上百，因此其调制策略的研究成为难点，目前提出的有最近电平逼近调制（NLM）［3］、空间矢量脉宽调制（SVPWM）［4］、多电平消谐波调制（SHPWM）［5］等。

本文根据载波移相脉宽调制（CPS－SVPWM）［6］的思想，在分析了MMC的环流和电容电压均衡问题的基础上，提出了一种新型调制策略，并进行了仿真验证。

2 MMC工作原理

模块化多电平换流器基本结构如图1所示，3个相单元并联形成直流母线，每个相单元包括上、下2个桥臂，每个桥臂由n个子模块（submodule，SM）和1个电抗器L0串联而成。电抗器的作用为提供环流阻抗抑制内部环流和减小故障时的电流上升率。

图1 MMC基本结构图Fig.1 Basic structure of MMC

每个子模块的电路结构相同，如图2所示，由2个IGBT（T1，T2），2个反并联二极管（D1，D2）和1个储能电容组成。

图2 SM电路结构图Fig.2 Schematic diagram of submodule

子模块有3种工作状态［7］：1）T1和 T2均关断时称为闭锁状态；……