1. 研究目的与意义（文献综述）

传统两电平电压源型变换器(voltage source converter，VSC)在电机传动、新能源并网、开关电源等工业生产领域的应用十分广泛。然而在高压大功率领域的应用中，为解决功率开关器件的耐压问题，通常通过工频变压器接入高压电网，笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的体积和成本，并限制了系统效率。近年来，多电平变换器以其独特的结构特点，在高压大功率场合受到广泛关注。目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为钳位型和单元级联型两大类。前者随着电平数增加，所需半导体器件的数量急剧增加，且电容电压不容易平衡，使得其在实际应用中有一定的限制。以级联H桥型多电平变换器(cascaded H-bridge multilevel converter，CHMC)为代表的级联型拓扑则采用模块化的结构设计，便于系统扩容和引入冗余控制模式，在实际工业应用中较多采用这种结构。然而，对于需要实现有功能量处理的场合(如高压大功率传动系统)，各功率单元需要独立的直流供电电源，一般通过特殊加工的多绕组隔离工频变压器整流实现，极大增加了系统的复杂程度和成本。同时由于三相桥臂之间没有公共直流母线，CHMC无法直接应用于类似高压直流输电(high voltage DC transmission，HVDC)、大功率传动等高压场合。

鉴于现有传统多电平变换器在较高应用电压等级、有功功率传输场合等方面存在的不足，德国慕尼黑联邦国防军大学的Rainer Marquardt于2001年首次提出了模块化多电平电压源换流器(MMC)的概念，且该大学的电力电子实验研究室于2004年研制出了十七电平的2MW样机。模块化多电平变流器是通过子模块串联构成其桥臂的，每个子模块由单独的电容和开关器件构成。与两电平或三电平电压源变流器桥臂所不同的是，MMC的桥臂不仅能执行开关动作，且其上的输出电压是可控的；再者，子模块的串联有助于提升变流器的电压和功率等级，易于扩展到任意电平数的输出；另外，MMC输出电压的谐波畸变较低，因此其调制波可采用较低的开关频率，降低损耗，从而提高效率。MMC用于高压直流输电时，不仅能给无源网络供电，而且可以给风场的交流电网提供无功支持，因此近年来备受学术界和工程界的关注。

目前国内外有关MMC的推广应用主要集中在柔性直流输电领域。柔性直流输电指的是基于电压源换流器的高压直流输电(HVDC)。这种技术既适合于小容量（可以到数个MW）输电，既适合于大容量输电，更适合于电网之间的异步互连，是输配电技术领域的一项重大突破。西门子公司率先开发了基于MMC的高压直流输电系统，命名为HVDC-plus (plus=Powerlink universal systems)，连接美国匹兹堡和旧金山之间的一条HVDC系统为世界上首条商业化的HVDC-plus 项目，并于2010 年底完成了该项目的测试。中国电力科学研究院和上海市电力公司合作开发建设的南汇风电场柔性输电示范工程，于2011年7 月完成工程验收，成为我国首条正式投入商用的基于MMC的HVDC输电工程。而大连跨海柔性直流输电科技示范工程的技术方案已于2011 年底通过专家评审，开始规划建设。与目前普遍采用的器件直接串联的HVDC系统相比，采用MMC拓扑的HVDC系统可有效避免器件直接串联带来的均压问题；MMC输出电平数较多，对交流电网的谐波影响小。鉴于MMC尚属一种新兴的多电平拓扑，其理论体系和工程应用方面尚不完善，对MMC近年来的研究进展进行总结和分析，具有重要的理论价值和现实指导意义。本文在阐述MMC电路拓扑基础上，分析MMC的主要技术特点，总结目前MMC研究中关键技术问题的国内外研究进展和趋势，并展望其发展和应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

由于mmc的每个桥臂都是由一系列的子模块串联而成，这些分散的子模块可用于存储能量。电路处于动态运行的过程中，由于各子模块电容不可能完全一致，势必造成子模块上电容电压的不均衡，而子模块电容上电压的稳定程度又直接影响到变流器的性能；因此子模块电容电压的平衡是模块化多电平变流器用于大功率场合的一个技术难点。本设计拟结合最近电平逼近调制方式，通过采用排序方式将电容电压偏差较大的子模块优先进行投切，从而有效地保证了子模块上电容电压的平衡。具体研究内容包括：

（1）学习并分析模块化多电平变流器的工作原理；

3. 研究计划与安排

1-2周，完成开题报告和文献翻译，完成开题答辩；

3-4周，熟悉模块化多电平变流器的工作原理；

5-8周，熟悉matlab软件使用方法，搭建模块化多电平变流器模型；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨晓峰，林智钦，郑琼林，游小杰．模块组合多电平变换器的研究综述[j]．中国电机工程学报，2013，06：1-15．

[2] 王楚，宋平岗，李云丰．模块化多电平变流器的最近电平逼近调制策略[j]．大功率变流技术，2012，04：20-22 34．

[3] s．rohner，s．bernet，m．hiller，et al．modelling，simulation and analysis of a modular multilevel converter for medium voltage applications[c]．2010 ieee international conference on industrial technology，vi a del mar，2010，pp．775-782．