雷 鸣， 李耀华， 李子欣， 徐 飞， 王 平

(1. 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室， 中国科学院电工研究所，北京 100190;2. 中国科学院大学，北京100049)

1 引言

目前电气化铁路牵引供电系统多采用异相分段供电方式。异相分段供电方式所导致的机车过分相问题制约着高速、重载铁路运输的发展[1]。同时，异相分段供电方式所引起的牵引变电所网侧电能质量问题，尤其是负序问题，也越来越突出[2]。近些年相关学者提出了同相供电技术[3-5]，为解决以上问题提供了新的思路。

同相供电的实现依赖于可进行交交变换的变流器。作为近些年发展起来的新型变流器，模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)因其模块化的结构、电压等级/容量的易扩展性、优良的输出电压波形质量、无需变压器等优点，在中高压大容量电能变换领域得到了广泛应用[6-11]。根据变换过程是否存在直流环节，进行交交变换的MMC总体可分为采用AC/DC/AC变换方式的背靠背式MMC和采用AC/AC变换方式的模块化多电平矩阵式变流器(Modular Multilevel Matrix Converter，MMMC)。和背靠背式MMC相比，MMMC直接进行交交变换，具有更高的效率和更低的成本，因此获得了越来越多的关注。根据不同的变换需求，MMMC有三相MMMC[12,13]、单相 MMMC[14]、三相-单相MMMC[15]三种基本的拓扑。相关文献的研究表明，三相MMMC在同频变换时，各桥臂能量容易发散[16,17]。单相MMMC在同频变换时是否也存在类似问题，现有文献鲜有研究。

为此，本文首先针对单相MMMC在同频变换时的运行特性进行了理论分析，并推导得到了同频变换时每个桥臂能量稳定的条件。……