1、隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，多電平變換器由于其優(yōu)秀的輸出波形質(zhì)量在工業(yè)和電力系統(tǒng)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converters，MMC)作為多電平變換器的一種新拓?fù)?，具有諸多優(yōu)點：采用較低開關(guān)頻率、較低電壓等級的開關(guān)管實現(xiàn)較高開關(guān)頻率的輸出和較高的耐壓水平、模塊化設(shè)計、便于功率和電壓等級擴(kuò)展、便于冗余設(shè)計等，已被公認(rèn)為是最具發(fā)展前景的多電平變換器，非常適合于中、高壓應(yīng)用，例如：高壓直流

2、輸電(HVDC)、電能質(zhì)量治理、新能源并網(wǎng)、機(jī)車牽引等。本文圍繞MMC的數(shù)學(xué)模型、諧波分析與抑制、電壓平衡控制進(jìn)行深入研究，并對其在STATCOM中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和實驗驗證。主要研究工作如下：
　　為了簡化控制器設(shè)計，清晰描述功率轉(zhuǎn)化過程，本文建立了MMC的簡化等效模型。該模型從功率傳輸?shù)慕嵌?，把MMC簡化為直流回路和交流回路的組合，并以此為基礎(chǔ)，分別建立了直流回路和交流回路的控制系統(tǒng)。該模型清晰描述了直流電源向電容充電，電容把

3、能量再以交流的形式傳輸給負(fù)載的過程；簡化了控制方法，便于采用傳統(tǒng) PWM變換器的成熟控制方法；明晰了控制結(jié)構(gòu)，以功率為主導(dǎo)的控制結(jié)構(gòu)，便于有選擇性地對非功率成分(諧波)的優(yōu)化控制。為減少 MMC系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)，本文也研究了等效DC回路的開環(huán)控制，并證明了開環(huán)操作的穩(wěn)定性，為本文的諧波分析奠定基礎(chǔ)。
　　建立了等效橋臂電容的電壓、電流關(guān)系，分析了 MMC電壓、電流的諧波特性。首先，研究了環(huán)流的成因，推導(dǎo)了環(huán)流的諧波組成，從而提出了非

4、閉環(huán)控制抑制二次環(huán)流的方法，并進(jìn)一步提出了復(fù)合抑制二次環(huán)流的方法；有別于現(xiàn)有方法，推導(dǎo)了二次環(huán)流的解析解，為主電路參數(shù)設(shè)計提供參考。其次，分析了二次脈動功率在直流電源、電容和負(fù)載中的分配關(guān)系，并得出結(jié)論：從電容的角度來看，電容的二次脈動功率用來平衡負(fù)載的二次功率與由二次環(huán)流在直流電源側(cè)引起的二次脈動功率，兩者的相位關(guān)系決定了電容中二次紋波幅值的大小，這為二次環(huán)流與電容電壓脈動抑制間的關(guān)系提供理論指導(dǎo)。推導(dǎo)出反映環(huán)流和輸出電流對輸出電壓諧

5、波影響的關(guān)系式，并分析了輸出電壓的諧波組成。
　　對基于廣泛使用的CPSPWM和PDPWM的電壓平衡法進(jìn)行深入的分析。提出了一種基于CPSPWM的橋臂內(nèi)平衡方法。該方法綜合了基于CPSPWM和PDPWM橋臂內(nèi)平衡方法的優(yōu)點，具有只需一個平衡控制器、無需電壓排序算法、模塊開關(guān)頻率均衡、不影響橋臂合成電壓的特點；鑒于已有的橋臂間電容電壓平衡方法的不足和局限性，本文提出了一種基于能量通道來平衡橋臂間能量差的方法，實現(xiàn)了橋臂間電容電壓平衡

6、與橋臂電壓、電流的解耦控制，適用于公共直流母線有供電電源(或支撐電容)的應(yīng)用，也適用于公共母線側(cè)懸浮的應(yīng)用，另外，也對提出的橋臂間、內(nèi)平衡方法的協(xié)調(diào)問題進(jìn)行了分析。
　　分析了級聯(lián)星型、級聯(lián)三角型連接在STATCOM應(yīng)用中處理相間不平衡的方法和存在的問題。把能量通道法用在基于MMC的STATCOM應(yīng)用中，以解決同相橋臂間的不平衡，避免了使用共模注入法不能獨(dú)立對三相控制的不足。利用本文建立的簡化等效電路模型，分析解釋了MMC的相間自