陈永福，董纪清，毛行奎

(福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350108)

1 引言

模块化多电平变换器(MMC)是一种具有广阔应用前景的多电平拓扑。与传统的多电平变换器相比，该变换器更易于实现容量拓展和提高电压等级，但是由于各桥臂的瞬时能量分布不均匀而导致子模块(SM)电容电压脉动，其中最主要的分量为基波和工频二次谐波[1-2]。传统上，子模块电容的容值一般都设计得很大而使子模块电容电压保持平稳，但是该方案将会增加系统的体积和重量[3-4]。文献[5]利用负序旋转坐标将桥臂功率转换成直流量，进而对子模块中的脉动功率进行抑制，但该策略并不适用于单相变换器。文献[6]推导出子模块电容电压波动的数学模型，在环流控制器中引入准PR控制器来对电容电压脉动进行抑制。由于控制器自身存在的局限性，对于系统的稳定性还有待提高。

针对上述提出的电容电压脉动的大问题，本文首先推导了MMC桥臂功率的数学模型，并且提出升压型双向Buck/Boost的变型电路及设计适当的控制策略，来实现减小电容电压纹波的目标。最后，实验结果验证了本文所提出的方案的可行性。

2 MMC电容电压脉动分析

对于三相MMC，拓扑结构如图1所示，设输出电压为vx，输出电流为ix。

图1 三相MMC拓扑结构

Vx(x=u，v，w)是输出电压的峰值，Ix为输出电流峰值，ω为输出角频率，φx为输出功率因数角，三相电压对应的初始相位为θx=θ，θ-2π/3，θ+2π/3。

则单相输出功率为:

由式(2)可得，输出功率由直流量和二次谐波脉动量组成，其中直流量为直流源提供给负载的有功功率，脉动功率存在于环流和子模块电容电压脉动中，用于能量传递与交换。……