模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法*

刘道正, 金 鑫, 游坤奇, 刘 罗, 刘西蒙, 易灵芝

(1. 湖南电器科学研究院有限公司，湖南 长沙 410009；2. 湘潭大学 自动化与电子信息学院 湖南省多能源协同控制技术工程研究中心，湖南 湘潭 411105)

0 引 言

模块化多电平变换器(MMC)在2002年被提出，是一种极具吸引力的变换器拓扑结构[1-2]。中高压直流输电具有不需要频率同步和相位同步的并网能力，在各种中高压直流输电变换器中，MMC由于具备高度的模块化特性和易扩展性，在中高压和大功率场合极具发展前景，对于中压驱动、柔性交流输电系统(FACTS)也极具有吸引力[3-5]。

传统的MMC调制策略主要有正弦脉宽调制(SPWM)技术，以及最近电平逼近调制(NLM)[6]。采用脉宽调制(PWM)策略需要对电容电压均衡控制，所需PI调节器数量多，增加了器件成本，并且其开关频率和三角载波频率成正比，随着载波频率增加，开关损耗增大，不适用于大功率应用场合[7]。而采用NLM策略，通过对MMC子模块的脉冲触发算法进行优化，可以实现较低的开关频率输出，且具备输出波形谐波含量低等优点。对于变换器运行效率要求高的大功率应用场合，NLM技术更具优势。与传统的两电平变换器相比，MMC的主要特点是子模块(SM)的模块化结构、无需额外的直流电容器[8-9]。但也正是由于MMC的SM数量多，每个SM中存在悬浮的电容器，会导致上下桥臂电容电压分布不均匀，在桥臂上产生环流，给变换器带来附加损耗[10-12]。

综上所述，MMC主要需要解决的问题包括SM电容电压的均压控制以及环流抑制[13-15]。另外，SM采用IGBT功率器件，由于SM的数量与直流侧电压成正比，基于MMC的这一特性，在高压直流输电中MMC的开关损耗对于总损耗来说是一个重要的研究问题。……