MMC均壓控制策略研究綜述

朱余林，袁旭峰，胡實(shí)，高志鵬，李芷蕭

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引言

與傳統(tǒng)的兩電平、三電平電壓源換流器（voltage source converter，VSC）相比，模塊化多電平換流器（modular multilevel converter，MMC）具有輸出波形質(zhì)量好、制造難度低、故障阻斷能力強(qiáng)及易余冗余拓展等優(yōu)點(diǎn)，在柔性直流輸電、高壓變頻領(lǐng)域、高壓大功率系統(tǒng)等均有重要作用，目前相關(guān)研究學(xué)者提出將MMC應(yīng)用于中壓直流配電系統(tǒng)[1-2]。

2002年德國(guó)學(xué)者R.Marquart和A.lesnicar提出MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并分析了其基本工作原理[3-4]，MMC在歐洲、日本等迅速成為研究熱點(diǎn)，西門子、ABB等公司也對(duì)MMC進(jìn)行了深入的研究。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，針對(duì)半橋子模塊MMC不具有直流故障阻斷能力，在此基礎(chǔ)上研究了一系列具有直流故障阻斷能力的MMC子模塊結(jié)構(gòu)，例如全橋子模塊、鉗位型子模塊和混合子模塊等。文獻(xiàn)[5]對(duì)MMC具有直流故障阻斷能力的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜述。文獻(xiàn)[6]分析對(duì)比了半橋子模塊、全橋子模塊和雙箝位型子模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及直流側(cè)發(fā)生雙極短路故障時(shí)故障電流波形情況。文獻(xiàn)[7]提到將MMC應(yīng)用于中壓直流配電網(wǎng)，并針對(duì)配電網(wǎng)電壓等級(jí)情況，對(duì)比研究了半橋子模塊、全橋子模塊以及混合子模塊在直流側(cè)發(fā)生雙極短路時(shí)的直流側(cè)電流。在工程應(yīng)用方面，文獻(xiàn)[8-11]提到了目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)投運(yùn)和即將投運(yùn)的MMC輸電工程，目前我國(guó)建成投運(yùn)的高壓直流輸電工程已有20余項(xiàng)，雖然我國(guó)在柔性直流輸電領(lǐng)域起步較晚，但因其對(duì)新能源并網(wǎng)、孤島供電、城市增容等領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出，因此受到廣大科研人員和研究學(xué)者的重視，并在柔性直流輸電的理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐方面做了較深入的研究。

在控制策略方面，MMC環(huán)流抑制和MMC調(diào)制策略等，相關(guān)學(xué)者也對(duì)其進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[12]綜述了MMC環(huán)流抑制技術(shù)，概述MMC環(huán)流理論的進(jìn)展。文獻(xiàn)[13-16]分別對(duì)幾種調(diào)制策略進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)選了相對(duì)效果較好的調(diào)制策略。文獻(xiàn)[17]對(duì)各種調(diào)制方法進(jìn)行了綜述，分析總結(jié)不同調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。MMC均壓控制策略方面，雖然許多學(xué)者對(duì)MMC預(yù)充電和均壓控制有研究，也有相關(guān)的綜述文獻(xiàn)，但都是僅對(duì)幾種均壓方法進(jìn)行對(duì)比，預(yù)充電控制方面研究較少，尚沒有文獻(xiàn)對(duì)預(yù)充電和均壓控制研究策略進(jìn)行較為全面系統(tǒng)的綜述。進(jìn)行子模塊電容電壓均衡控制主要目的是更好地支撐直流電壓、保證交流側(cè)電壓輸出的波形質(zhì)量、保證各功率半導(dǎo)體器件承受相同的應(yīng)力和減小相間環(huán)流，子模塊均壓控制策略的研究是十分必要的。本文主要對(duì)近幾年與均壓相關(guān)的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，全面系統(tǒng)分析MMC子模塊電容電壓不均衡機(jī)理并對(duì)預(yù)充電和均壓控制策略進(jìn)行綜述。

1 MMC工作原理和電容電壓不平衡機(jī)理

1.1 MMC基本結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1是三相模塊化多電平換流器（MMC）主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)VSC有顯著區(qū)別。MMC的橋臂不是由多個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成的，而是采用子模塊級(jí)聯(lián)方式連接[18-19]。由圖可知，MMC由三相六橋臂組成，每相分為上、下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂包含一個(gè)橋臂電抗器Lx和N個(gè)串聯(lián)的子模塊。其中，Ua、Ub、Uc和ia、ib、ic分別為三相交流電壓、電流，Ls為交流側(cè)電感，LDC為直流平波電抗器。其中橋臂電抗器Lx用來抑制相間直流電壓差所引起的相間環(huán)流，因此又叫限流電抗器，此外其還具有直流母線發(fā)生短路故障時(shí)抑制交流沖擊電流的作用[5]。

以圖1中A相為例，假設(shè)Ua1、Ua2分別為A相上、下橋臂電壓，Ua為A相交流輸出電壓，可得：

圖1 三相MMC主電路結(jié)構(gòu)Fig.1 Three-phase MMC main circuit structure

由式（1）、式（2）可得：

由于MMC三個(gè)相單元具有完全對(duì)稱性，直流電流Idc在三個(gè)相單元之間平均分配，每個(gè)相單元的直流電流為 Idc/3，交流電流ia在A相上下橋臂均分，所以A相上、下橋臂電流分別為：

1.2 MMC電容電壓不平衡機(jī)理

MMC每個(gè)橋臂是由各功率模塊級(jí)聯(lián)而成，輸出直流電壓由投入的子模塊個(gè)數(shù)所決定。MMC的各子模塊相對(duì)獨(dú)立，懸浮電容也互相獨(dú)立，子模塊主電路是由非理想器件組成，因此電容電壓極容易出現(xiàn)脈動(dòng)和不平衡的現(xiàn)象。影響MMC各子模塊電容電壓的主要因素有非理想元件自身特性造成的橋電路損耗、控制環(huán)節(jié)存在延時(shí)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步等[1]?？刂骗h(huán)節(jié)延時(shí)可通過死區(qū)控制改善，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步的問題不可避免且影響較小，相對(duì)來說，影響MMC電容電壓值不均衡的主要原因是電路損耗。本文以半橋子模塊為例進(jìn)行分析。

圖2 半橋子模塊Fig.2 Half-bridge submodule

圖2 （a）是MMC半橋子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。它由兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的ΙGBT和一個(gè)電容Cxm構(gòu)成，其中分布在各個(gè)子模塊中的電容在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)提供能量緩沖和電壓支撐的作用。通過循環(huán)交替控制ΙGBT器件Tm1、Tm2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊的投入與切除。

對(duì)半橋子模塊建模分析，圖2（b）是半橋子模塊的理想開關(guān)模型[20]，由圖2（b）可以得出：

其中，x=a，b，c；m=1, 2，……，2n。

ixm為子模塊電流；Uxm為子模塊電壓；Ucxm為子模塊電容電壓。

MMC子模塊電容電壓不均衡的主要原因是電路損耗，而MMC子模塊的電路損耗包括串聯(lián)型損耗、并聯(lián)型損耗和混合型損耗[1]。串聯(lián)型損耗指二極管和功率開關(guān)器件的通態(tài)損耗，可等效為串聯(lián)等效阻抗，其只與系統(tǒng)電流有關(guān)并不影響電容電壓均衡；并聯(lián)型損耗主要包括吸收回路損耗、電容自身?yè)p耗以及器件通態(tài)損耗，可用并聯(lián)的等效電阻表示；混合型損耗包含開關(guān)器件的開關(guān)損耗以及續(xù)流二極管反向恢復(fù)損耗，此類損耗可近似等效為受控電流源，由MMC系統(tǒng)電流大小決定。因此，可建立如圖2（c）所示的功率模塊損耗模型，其中Rxm是并聯(lián)型損耗等效電阻，Kxmixm是混合型損耗等效受控電流源。根據(jù)基爾霍夫電流定律：

通過以上分析可知，MMC子模塊電容電壓不均衡是是由多方面引起的，主要原因是充放電模塊過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)損耗，也包括電容自身?yè)p耗、開關(guān)特性差異、控制延時(shí)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步等原因，MMC子模塊電容電壓不均衡的本質(zhì)就是由于電路存在多種損耗引起的能量分布不均衡。因此，如何合理選擇開關(guān)器件的通斷狀態(tài)、控制功率模塊的投切、減少電路損耗，實(shí)現(xiàn)子模塊電容的有功功率控制是目前亟需解決的關(guān)鍵問題。

2 MMC預(yù)充電控制策略

與傳統(tǒng)兩電平、三電平換流器不同，MMC包含了大量子模塊，各子模塊均有一個(gè)儲(chǔ)能電容，在初始時(shí)刻，各子模塊電容電壓均為零。預(yù)充電控制的目的就是通過合適的控制方式和必要的輔助措施，使MMC系統(tǒng)的直流側(cè)電壓快速上升到正常工作水平。MMC預(yù)充電控制研究開展較早，但主要針對(duì)兩電平、三電平的電壓源換流器和對(duì)無源網(wǎng)絡(luò)供電時(shí)設(shè)立的單獨(dú)啟動(dòng)控制[21-24]，對(duì)模塊化多電平預(yù)充電的研究相對(duì)較少，詳細(xì)分析也鮮見，MMC預(yù)充電策略是電容電壓建立的初始階段，對(duì)MMC預(yù)充電控制策略的研究是必要的。

MMC的預(yù)充電方式，按照所利用的充電電源不同可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種充電方式。他勵(lì)方式即是借助輔助直流電源對(duì)子模塊電容充電，只需子模塊電容電壓充電至額定電壓以后斷開充電電源，并旁路子模塊即可，通常應(yīng)用于中低壓輸配電領(lǐng)域。對(duì)于子模塊較多的系統(tǒng)，電壓可能會(huì)高達(dá)數(shù)千伏以上，要實(shí)現(xiàn)如此高電壓的直流電源并為換流器數(shù)十上百個(gè)子模塊電容完成充電，他勵(lì)預(yù)充電方式十分不經(jīng)濟(jì)，文獻(xiàn)[25]提出了外加直流電源的逐次預(yù)充電方法就是典型的他勵(lì)預(yù)充電方式。通常在實(shí)際的輸配電系統(tǒng)，大多采用自勵(lì)的預(yù)充電方式完成對(duì)子模塊電容的充電，即是利用現(xiàn)有的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)子模塊的充電，達(dá)到MMC預(yù)充電控制目的。

MMC自勵(lì)預(yù)充電從空間角度可分為交流側(cè)預(yù)充電和直流側(cè)預(yù)充電。交流側(cè)預(yù)充電是系統(tǒng)各換流站通過自身交流側(cè)向各自MMC子模塊電容進(jìn)行充電，充電結(jié)束后切換到正常運(yùn)行狀態(tài)；而后者是只通過一端換流主站向本地或者遠(yuǎn)方的MMC子模塊電容充電，各子模塊電容達(dá)到設(shè)定值后切換到正常狀態(tài)。交流側(cè)預(yù)充電方式獨(dú)立性強(qiáng)，而直流側(cè)預(yù)充電方式適合應(yīng)用于無源網(wǎng)絡(luò)供電和黑啟動(dòng)等場(chǎng)合。文獻(xiàn)[26-27]就率先提出了直接利用三相交流電源的預(yù)充電控制方式，解決了功率模塊充電一致性的問題。

MMC自勵(lì)預(yù)充電從時(shí)間角度可分為不控充電階段和可控充電階段。不控充電階段其實(shí)就是換流器閉鎖時(shí)的充電過程。如圖3所示，以半橋子模塊為例對(duì)子模塊電容不控充電過程進(jìn)行分析，子模塊充電電流只由交流側(cè)電流的正負(fù)半波兩個(gè)方向決定，圖3（a）、（b）是半橋子模塊充電時(shí)電流路徑方向，其中T1、T2閉鎖關(guān)斷，電流為正時(shí)，子模塊充電，子模塊等效為帶電的電容C；當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，子模塊旁路，等效為短路。

圖3 半橋子模塊充電電流路徑Fig.3 Half-bridge sub-module charging current path

系統(tǒng)不可控充電完成后，MMC子模塊電容已經(jīng)具有一定的電壓值，但是沒有達(dá)到系統(tǒng)的額定運(yùn)行電壓，此時(shí)需要可控充電過程對(duì)子模塊電容進(jìn)一步充電，達(dá)到期望的子模塊額定電壓值，此階段就是可控充電過程。文獻(xiàn)[28]提出把各個(gè)橋臂作為一個(gè)基本單位，采用有序逐一充電的控制策略解對(duì)子模塊進(jìn)行可控預(yù)充電的方法，具體可控充電流程如圖4所示。

圖4 可控預(yù)充電流程圖Fig.4 Controllable precharging flow chart

文獻(xiàn)[29]根據(jù)子模塊的三種工作狀態(tài)，提出了閉鎖充電過程和半閉鎖充電過程，指出圖5所示子模塊狀態(tài)T1閉鎖，T2解閉鎖時(shí)為半閉鎖狀態(tài)，閉鎖充電過程即上文提到的不可控充電過程，半閉鎖充電過程與文獻(xiàn)[24]中提出的可控充電過程不同的是只將某些子模塊旁路，即子模塊處于半閉鎖狀態(tài)，且流過子模塊的電流大于零時(shí)，子模塊可以被旁路或者充電，其觸發(fā)脈沖的分配和電容電壓均衡可通過穩(wěn)態(tài)時(shí)相關(guān)控制得到，該充電方法相對(duì)來說簡(jiǎn)單可行,仿真試驗(yàn)證明了其方法可將電容電壓充電到穩(wěn)態(tài)值。

圖5 子模塊半閉鎖狀態(tài)Fig.5 Sub-module semi-latched

他勵(lì)預(yù)充電方式主要應(yīng)用于電壓源型換流器裝置和中低壓配電網(wǎng)。針對(duì)MMC高壓直流輸電領(lǐng)域，自勵(lì)預(yù)充電方式較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)也較簡(jiǎn)單?，F(xiàn)階段的研究多采用自勵(lì)預(yù)充電方式，并在啟動(dòng)時(shí)充電回路串聯(lián)限流電阻，充電結(jié)束后退出串聯(lián)的限流電阻以減少損耗。

3 MMC均壓控制策略

針對(duì)MMC各子模塊懸浮電容相互獨(dú)立、主電路為非理想器件容易導(dǎo)致的直流電容電壓不均衡和脈動(dòng)現(xiàn)象，目前一般有兩種平衡電容電壓的思路：一是通過在子模塊外部增加輔助均壓回路，使子模塊在投切過程中自發(fā)保持均衡，也就是拓?fù)渚鶋悍?；二是通過自身的控制算法實(shí)現(xiàn)電容電壓均衡控制。

3.1 拓?fù)渚鶋?/h3>

MMC子模塊數(shù)目直接決定了均壓控制的難度和復(fù)雜度，針對(duì)子模塊數(shù)目較多的MMC拓?fù)?，控制方式?fù)雜、硬件設(shè)計(jì)有難度、數(shù)據(jù)采集速度不夠快等均會(huì)影響均壓效果，相關(guān)學(xué)者開始從改善MMC拓?fù)涞姆绞綄?shí)現(xiàn)電容電壓均衡。文獻(xiàn)[30]提出了一種新拓?fù)?，其一相橋臂結(jié)構(gòu)如圖6所示，與傳統(tǒng)MMC結(jié)構(gòu)不同之處在于此新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上橋臂和下橋臂共用一個(gè)中間單元，輸出相同電平數(shù)時(shí)每相級(jí)聯(lián)的單元數(shù)比傳統(tǒng)MMC結(jié)構(gòu)少一個(gè)，但此方法只是減少了每個(gè)橋臂的輸出電平數(shù)，認(rèn)為減少了一個(gè)子模塊的均壓控制，而其他子模塊還是需要加裝其他控制策略才能實(shí)現(xiàn)均壓。文獻(xiàn)[31]在相鄰子模塊電容串聯(lián)箝位二極管，為解決電容電壓均衡問題提供了一個(gè)使模塊間電容交換能量的新思路，但需要輔助變壓器控制相電壓平衡。

圖6 MMC新拓?fù)湟幌鄻虮劢Y(jié)構(gòu)圖Fig.6 MMC new topology one-phase bridge structure diagram

文獻(xiàn)[32]提出了一種如圖7所示混合型模塊化多電平換流器（hybrid modular multilevel converter，HMMC），其每個(gè)橋臂分別由n-1個(gè)半橋功率模塊、兩個(gè)橋臂功率模塊和一組橋臂以及兩個(gè)橋臂電感級(jí)聯(lián)組成。與傳統(tǒng)MMC相比，HMMC直流電容數(shù)量減少了四個(gè)，相比之下體積和重量有所減少，裝置成本也有所降低。如果開關(guān)頻率足夠高，直流電容電壓的波動(dòng)也會(huì)降低，但此方法忽略了開關(guān)頻率高時(shí)會(huì)帶來較大的開關(guān)損耗。

圖7 混合型模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Hybrid modular multilevel converter topology

文獻(xiàn)[33]提出了一種具有自均壓能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8所示，與傳統(tǒng)MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的是，此種新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各子模塊間相互連接了二極管，同時(shí)在正負(fù)母線連接處增加了輔助二極管（D1、D2）、輔助電容（C1、C2）和輔助ΙGBT（T1、T2），構(gòu)成了跨接電路，除此之外，B相子模塊與A、C相子模塊的引線也有所不同。此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使相間和相內(nèi)子模塊電容間有了能量傳遞的通路，各子模塊能量相互牽制使從而均衡子模塊電容電壓。

比起前幾種均壓方式，文獻(xiàn)[33]提出的具有自均壓能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過改變子模塊電容間相互獨(dú)立的特性，在不依賴外加均壓控制的同時(shí)，自發(fā)實(shí)現(xiàn)電容電壓均衡，非常適用于高壓大容量電力傳輸領(lǐng)域，是目前較為適用的拓?fù)渚鶋悍椒ā?/p>

圖8 具備自均壓能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.8 MMC topology with self-balancing capability

3.2 控制算法均壓

MMC均壓控制策略一般與MMC脈沖調(diào)制策略配合，調(diào)制策略確定投入子模塊的數(shù)目，均壓控制策略決定哪些子模塊投入，通過控制開關(guān)狀態(tài)控制子模塊的輸出電壓。目前較為常用的調(diào)制技術(shù)有脈寬調(diào)制技術(shù)（pulse width modulation，PWM）[34]、載波移相技術(shù)（carrier phase-shifted SPWM，CPS-SPWM）[35]和最近電平逼近調(diào)制技術(shù)（nearest level control，NLC）[36]等。對(duì)于傳統(tǒng)的兩、三電平VSC多采用PWM調(diào)制技術(shù)，CPS-SPWM和NLC較適用于電平數(shù)較多的應(yīng)用場(chǎng)合。

目前大多數(shù)文獻(xiàn)采用基于子模塊電容電壓排序的均衡控制策略，傳統(tǒng)基于排序法的均壓控制流程如圖9所示[37]。此種基于完全排序的電容電壓均衡方法，以橋臂為單位控制子模塊的投切狀態(tài)，但因?yàn)闆]有約束條件，使得每個(gè)控制周期都會(huì)對(duì)電容電壓重新排序，在橋臂間子模塊電壓偏差不大、子模塊數(shù)目并沒有變化時(shí)，排序結(jié)果的變化會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)脈沖的調(diào)整，ΙGBT的反復(fù)投切增大了換流閥的開關(guān)損耗。

圖9 傳統(tǒng)排序均壓方式Fig.9 Conventional sorting pressure method

針對(duì)傳統(tǒng)排序均壓控制計(jì)算量大、開關(guān)損耗大等缺點(diǎn)，大量研究學(xué)者開始從不同切入點(diǎn)對(duì)排序均壓控制進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)[36]通過設(shè)定電容電壓上下限值，將均壓控制使用在電壓越限的子模塊上，未越限的子模塊通過引入保持因子使其繼續(xù)保持投切狀態(tài)，該方法在不增加電容電壓波動(dòng)情況下有效減少了開關(guān)頻率從而降低了開關(guān)損耗。

文獻(xiàn)[38]提出了一種通過引入子模塊間最大電壓偏差量 ?Umax和預(yù)先設(shè)定的子模塊電壓偏差允許值 ?U0時(shí)，當(dāng) ?Umax大于 ?U0時(shí)采用圖9所示的傳統(tǒng)均壓方法，當(dāng) ?Umax小于 ?U0采用優(yōu)化的均壓方法。其優(yōu)化均壓方法如圖10所示，其中nold是上一周期投入的子模塊數(shù)， Nchange指投入子模塊數(shù)目的變化量。該方法在NLC的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)均壓策略進(jìn)行了改進(jìn)，提出了子模塊最大電壓偏差為約束條件優(yōu)化均衡子模塊電容電壓，大大降低了開關(guān)損耗。

文獻(xiàn)[39]提出了一種MMC子模塊電容電壓分層均壓控制方法，其原理是根據(jù)子模塊電容電壓最大值和最小值將電容電壓分為M層，每個(gè)分層區(qū)間作為一個(gè)容器，再依據(jù)子模塊電容電壓值將其放入對(duì)應(yīng)容器中，進(jìn)行優(yōu)化排序后確定需要投入的子模塊，該方法在一定程度上降低了排序次數(shù)并降低了子模塊開關(guān)損耗。

圖10 優(yōu)化的均壓控制方法Fig.10 Optimized pressure equalization control method

前面介紹的文獻(xiàn)均是基于最近電平逼近調(diào)制策略提出的基于排序法的優(yōu)化的電容電壓均衡策略，文獻(xiàn)[40]提出了一種基于分組調(diào)制的子模塊電容電壓均衡方法，仿真驗(yàn)證了此均壓方法的有效性；文獻(xiàn)[41]介紹了一種適用于CPS-SPWM調(diào)制技術(shù)的電容電壓優(yōu)化平衡控制方法，通過縱向調(diào)整各子模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)制波，調(diào)節(jié)子模塊導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)電容電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，將電容電壓波動(dòng)幅度控制在±7%以內(nèi)，是一種效果較好的均壓方式。

均壓控制的復(fù)雜程度取決于MMC橋臂子模塊數(shù)目，數(shù)目越多、控制越復(fù)雜，而排序均壓法依賴于電容電壓數(shù)據(jù)采樣、計(jì)算量大，對(duì)控制器硬件設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，除拓?fù)渚鶋悍ㄍ猓芯繉W(xué)者將研究方向指向無需排序的子模塊電容均壓策略研究。文獻(xiàn)[42]結(jié)合CPSSPWM調(diào)制方式，提出一種新型均壓控制策略，該策略通過提前設(shè)定好子模塊開關(guān)頻率，根據(jù)調(diào)制波變化決定子模塊觸發(fā)狀態(tài)，調(diào)節(jié)充放電時(shí)間實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡。文獻(xiàn)[43]提出了一種無需排序的快速的電容電壓均衡策略，通過比較控制周期前后處于投入子模塊的個(gè)數(shù)和橋臂子模塊電容電壓與子模塊電容電壓平均值的偏差是否在限定區(qū)間內(nèi)來確定是否重新觸發(fā)ΙGBT，該方法只需進(jìn)行電壓平均值求取和電壓值比較兩種計(jì)算，相比排序算法計(jì)算量大大降低，顯著提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

控制算法均壓是目前MMC研究中常用的均壓方式，相比于拓?fù)渚鶋?，雖然增加了控制算法復(fù)雜性，但不用增加各類元器件，相對(duì)來說較經(jīng)濟(jì)。因均壓效果好，目前多采用基于排序法的均壓控制方式。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)MMC工作原理和電容電壓不平衡機(jī)理的闡述，了解到均壓控制對(duì)MMC研究的重要性，電容電壓不均衡不僅會(huì)導(dǎo)致輸出直流電壓不穩(wěn)定和輸出交流電壓畸變，也會(huì)使MMC三個(gè)相單元之間產(chǎn)生環(huán)流，這對(duì)MMC的影響是相當(dāng)大的。本文綜述了預(yù)充電控制和電容電壓均衡控制，雖然目前已有很多學(xué)者對(duì)均壓控制策略進(jìn)行研究，也取得了較大的突破，但以下問題還沒有得到實(shí)質(zhì)性的解決：

（1） MMC子模塊電容電壓由于充放電時(shí)間、電容值的不同和損耗的不同，實(shí)際電壓是離散的，電容電壓取何值較為合適；

（2）子模塊電容電壓不平衡度的取值在哪個(gè)范圍最合適，目前文獻(xiàn)都認(rèn)為控制在10%作為準(zhǔn)則，但并沒有文獻(xiàn)對(duì)此不平衡度有定論；

（3）開關(guān)損耗和均壓效果有一定的矛盾性，目前還沒有一種能夠使均壓效果達(dá)到最優(yōu)且開關(guān)損耗最小的均壓方法。因此，對(duì)MMC均壓控制的深入研究是很有必要的。