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模块组合多电平变换器(MMC)的研究
摘要
多电平变换器(MMC)是一种新型的电力电子技术，具有高精度、高效率和高可靠性的特点。本文系统地介绍了MMC的原理、组成、运行方法和控制策略，并讨论了MMC在电力系统中的应用。最后，对MMC的未来发展进行了展望。
关键词：多电平变换器，电力电子技术，控制策略，电力系统
引言
随着电力系统在电力供应、质量和环境等方面的不断提高，对电力变换器在高功率、高精度、高效率和高可靠性等方面的要求也越来越高。多电平变换器(MMC)是一种新型的电力电子技术，其典型特点是具有多个直流电压级，这些电压级可以通过不同的电容电感组合，生成多个不同的交流电压等级。MMC在电力系统、电动车辆、发电机组以及风电和光伏发电等领域中有广泛的应用。该文旨在分析MMC的原理、组成、运行方法和控制策略，并探讨其在电力系统中的应用和未来的发展趋势。
MMC的原理和组成
MMC的基本结构由多个子模块组成，每个子模块包括一个电容和一个电感。每个子模块的输出电压等级可以是+V_DC、0或-V_DC，这意味着一个MMC可以生成(2m+1)个电压等级，其中m是模块数。MMC的输出电压级别是通过在单个子模块中的开关状态和每个子模块之间的互联组合决定的。MMC的电压输出方式与传统的电力变换器不同，它主要使用双向交流开关来控制电压输出和输送。
由于电容和电感的尺寸限制，MMC子模块的电容容量通常被限制在范围内，而电感的大小和数量则可以根据应用需要来确定。MMC可以组合不同类型和规格的电容和电感，以适应不同的电力应用需求。实际应用中，MMC通常由千兆伏特级IGBT或SiCMOSFET开关器件驱动，它们通过下列方法实现并行共享一个直流电源：在同步模式下开启电容，通过磁耦合器建立互感作用；在交流负载条件下，开关器件和电容一起工作，将谐振电路的能量转移到负载上。MMC在实现多电平换流器的同时，可以在振荡频率和响应时间等方面做出自适应调节。
MMC的运行方法
MMC的控制可以分为电压平衡控制和电流平衡控制两种。电压平衡控制主要是通过动态平衡子模块中的电容电压来实现。为了保持电容电压在预定范围内，控制器可以进行相应的调节。电流平衡控制则是通过调整单个子模块中的电感电流来实现的。为了实现电流平衡控制，可以通过子模块之间的磁耦合器和互感器来实现。
在MMC的电流平衡控制中，电流控制可以用于多种应用场景，并且可以根据应用场景进行调整。例如，在电动车的应用中，可以利用MMC可以控制电动车电池的充电状态，从而实现电动车的智能管理和充电。因此，MMC的电流平衡控制也是电动车和其他电力应用场景的关键技术。
MMC的控制策略
MMC的控制策略包括两个方向：一是以输出电压匹配为目标，另一个是以交换功率修正为目标。根据需要，MMC可以应用各种尺寸和类型的电容或电感，并在应用前进行适当的设计；可以根据应用场景调整控制策略，以达到更好的控制效果。
因此，MMC的控制策略主要包括电流闭环控制、电压平衡策略和阻抗匹配策略。电流闭环控制可以在MMC控制中保持较高的电流精度；电压平衡策略可以保持不同子模块的电压平衡；阻抗匹配策略可以确保MMC所连接的电力系统的稳定性和可靠性。
MMC在电力系统中的应用
MMC广泛应用于电力系统、电机驱动和开关电源等领域。其中，MMC在电力系统和电机驱动中应用最为广泛，其主要优势在于在处理高电压和高电流问题时可以保持更高的效率和精度。MMC在提供线路平衡方面也发挥着重要作用，可以通过合适的控制策略来确保线路负载的均衡分配。此外，MMC还可以使电力系统实现高质量电压输出，降低电压谐波，提高电力稳定性和系统可靠性。在现阶段，MMC的应用前景非常广泛，具有广泛的适用性和应用前景。
MMC的未来发展
MMC在过去几年中得到了广泛的重视，并在电力系统、轮船工业、风力发电、光伏发电等领域获得了广泛应用。随着市场需求的增长，MMC的研究也在逐步发展。目前MMC的热点研究方向主要有巨型MMC、安全控制、高速通讯、CFD仿真和应用于配电网等领域。通过深入探讨MMC的原理和发展趋势，可以预见MMC在未来领域中将有更广泛的应用前景。
结论
本文对MMC的原理、组成、运行方法、控制策略和电力系统应用进行了总结和分析。MMC是一个具有多种优势的电力电子技术，可以提高电力系统的效率和稳定性，方便电动车和其他电力设备的管理。未来，在MMC的研究领域中，需要继续加强它在巨型MMC、安全控制、高速通讯、CFD仿真和应用于配电网等领域中的应用。