申斐斐，施科研，吕 栋，林 平，陈 敏，徐德鸿

（浙江大学 电气工程学院，浙江 杭州 310027）

引言

近年来，随着电力电子技术在有源滤波器、新能源、高压直流输电等领域的应用，高压大功率的电力电子设备越来越受到关注。多电平变换器因其良好的输出电能质量和每个器件承受较小的电压应力成为解决大功率变换的有效手段[1]。在此背景下，模块化多电平变流器（MMC）应运而生[2]。 2010年，西门子利用MMC技术建成的高压直流输电项目也投入使用[3]。

在早期的研究中，MMC一般采用两层控制器结构，此种结构采样通道数比较多，且隔离要求较高，不适合用于高压大功率场合[2,4]。文献[5]提出了在每个子模块上安装一个控制器，来满足MMC子模块的隔离性和模块化设计，但这种方法每个子模块和上位机之间需要三根光纤来进行交互，增加了成本。本文探讨了一种适用于MMC拓扑的改进型三层控制器结构，并使用直接调制的控制方法，在一台单相6模块的样机上验证了该控制器构架的合理性。

1 MMC的原理

三相MMC的拓扑结构如图1所示，每相由两个桥臂组成，每个桥臂包含n个子模块和一个桥臂电感，每相的输出从两个桥臂电感之间引出。

每个子模块的结构如图2所示，由一个半桥加一个电容组成。子模块主要有两种工作方式，当上管导通，下管关断时，为插入状态，此时子模块端口电压为电容电压；当上管关断，下管导通时，为切除状态，子模块端口电压为0。

为了维持各桥臂子模块电容电压的平衡，当桥臂电流为正时，选择电容电压较低的子模块插入桥臂，对其电容进行充电；……