模塊化多電平換流器MMC的基本原理分析綜述MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2-1展示MMC結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的電壓源型換流器相比模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較有很大的不同。MMC結(jié)構(gòu)中包含橋臂6個,通過n個一模一樣的半H橋子模塊以及系統(tǒng)中橋臂電感進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)成其中的單個橋臂。用2L表示橋臂電感值用2R表示電阻值。MMC外部接三相交流系統(tǒng)，其中用、和來表示三相交流系統(tǒng)的輸入電壓。用、和來表示交流系統(tǒng)的三相輸入電流。和是直流側(cè)輸出電壓和輸出電流。用“o”點表示虛擬直流側(cè)中性點。圖2-1模塊化多電平換流器示意圖如圖2-2所示單個半H橋子模塊的結(jié)構(gòu),其中包含續(xù)流二極管和兩組IGBT以及一個電容?？紤]到安全問題，在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時候進(jìn)行模塊保護(hù)，子模塊輸出側(cè)通過并聯(lián)一個旁路開關(guān)和一個旁路晶閘管。圖2-2半H橋子模塊結(jié)構(gòu)圖MMC的基本工作原理利用控制策略不同的控制信號施加到IGBT,子模塊就會有三種完全不同的開關(guān)狀態(tài)：（1）圖2-3所示的開關(guān)狀態(tài)是將導(dǎo)通信號給上橋IGBT,關(guān)閉信號給下橋IGBT。在圖2-3(a)中電流只可以經(jīng)過上橋二極管流通，其電流的方向如圖所示。在圖2-3(b)中電流既能經(jīng)過上橋IGBT流通,也能經(jīng)過下橋二極管流通；但是因為經(jīng)過充電的子模塊電容由于上橋IGBT放電使p點的點位升高了,這樣導(dǎo)致下橋二極管反向截止,電流最終只能經(jīng)過上橋IGBT進(jìn)行流通。所以這種開關(guān)狀態(tài),子模塊的電流只能在半H橋的上橋進(jìn)行流通,子模塊的輸出電壓等同于直流儲能電容器的電容電壓，而不考慮開關(guān)裝置的傳導(dǎo)壓力損失。子模塊在這樣的運(yùn)行開關(guān)狀態(tài)稱為投入狀態(tài)。（2）圖2-4所示的開關(guān)狀態(tài)是向橋上的IGBT發(fā)取消信號，向下橋上的IGBT發(fā)送導(dǎo)通信號。在圖2-4（a）中，電流能流過上橋二極管和下橋IGBT。然而，由于子模塊電容流經(jīng)下橋，IGBT，P點和Q點的電勢近似相等，子模塊的電容電壓使上橋二極管反向關(guān)斷，最終電流只能流經(jīng)下橋和IGBT。在圖2-4（b）中，只有一種電流流動方式，即通過下橋二極管。因此，在這種子模塊導(dǎo)通模式的切換狀態(tài)下，子模塊的電流只流經(jīng)半H橋的下橋，子模塊的輸出電壓相當(dāng)于0。子模塊的工作模式開關(guān)狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)[13]。（3）圖2-5所示的開關(guān)狀態(tài)是向IGBT添加關(guān)斷信號。在圖2-5（a）中，電流只能通過上橋二極管。在圖2-5（b）所示的子模塊中，電流只能在下橋二極管中流動，因為所有IGBT都能進(jìn)行鎖。子模塊的工作狀態(tài)稱為閉鎖狀態(tài)，主要發(fā)生在開關(guān)死區(qū)階段，系統(tǒng)啟動和故障階段。(a)(b)圖2-3投入狀態(tài)及其電流路徑(a)(b)圖2-4投入狀態(tài)及其電流路徑(a)(b)圖2-5閉鎖狀態(tài)及其電流路徑由于開關(guān)的死區(qū)時間很短，在正常工作條件下能忽略子模塊的閉鎖狀態(tài)。分析表明，在正常運(yùn)行條件下，只切換輸入狀態(tài)和切除狀態(tài)。如果用雙向開關(guān)代替IGBT和子模塊的兩個二極管，就能領(lǐng)取圖2-6所示的半穩(wěn)定工作原理。有兩種輸入狀態(tài)，一種是雙向開關(guān)向上連接，這是輸入狀態(tài)，另一種向下連接，這是截止?fàn)顟B(tài)。通過控制雙向開關(guān)的導(dǎo)通，可以控制子模塊的電容電壓。圖2-6半橋工作原理圖在MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,由三個相單元(PhaseUnit)構(gòu)成，而每個相單元都是由上、下橋臂組成。每個相單元都由三相直流電壓供電，為了讓每個相單元的電壓相等，每個橋臂投入的子模塊個數(shù)n應(yīng)相等，就是相單元總子模塊的一把半。利用改變子模塊個數(shù)