1、與傳統(tǒng)兩電平或三電平電壓源型換流器(Voltage Source Converter，VSC)相比，模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有許多無法比擬的優(yōu)勢:比如1）結構模塊化，可以通過增加子模塊個數(shù)方便地擴展功率、電壓等級;2)開關頻率低，顯著減小了換流器及直流輸電系統(tǒng)整體損耗;3）波形質(zhì)量高，極大降低了對交直流側濾波器的要求;4）均壓難度低，采用子模塊串聯(lián)而非器件直接串聯(lián)技術，大大

2、降低了器件均壓難度;5）運行可靠性高，方便的子模塊冗余設計和橋臂電感直接串聯(lián)結構提高了換流器運行的安全可靠性。由于上述優(yōu)勢，基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電(Modular Multilevel Converter Based HVDC，MMC-HVDC)被認為是最具潛力的柔性直流輸電方式，也是近年來國內(nèi)外實際工程中普遍采用的柔性直流輸電方式。MMC-HVDC在遠距離大容量輸電，異步電網(wǎng)互聯(lián)，分布式電源接入電網(wǎng)，風電場發(fā)電并網(wǎng)，無源

3、海島、鉆井平臺、偏遠地區(qū)供電及城市電網(wǎng)增容改造等諸多領域均有廣闊的應用前景，成為近年來國內(nèi)外學術界研究的焦點，工業(yè)界關注的焦點。
　　雖然MMC-HVDC有諸多優(yōu)點，但是其機理分析，控制策略等均比傳統(tǒng)VSC-HVDC更為復雜。為了保證MMC-HVDC的可靠經(jīng)濟設計，安全穩(wěn)定運行及故障穿越能力，對MMC及其構成的柔性直流輸電系統(tǒng)進行精確的穩(wěn)態(tài)機理分析，可靠的控制系統(tǒng)設計，快速的并網(wǎng)策略研究，均有十分重要的理論研究價值和工程實用價值。

4、本文主要利用理論分析，仿真驗證及部分實驗相結合的手段，重點研究MMC及相應柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行機理，快速并網(wǎng)鎖相，不同工況下的功率解耦控制及環(huán)流電流抑制等相關問題。
　　(1) MMC的閉環(huán)時域穩(wěn)態(tài)分析方法。精確的時域穩(wěn)態(tài)分析可以實現(xiàn)MMC及MMC-HVDC的電氣量評估，電路參數(shù)設計及半導體器件選擇，是工程規(guī)劃和工程運行中極其關鍵的技術。提出了一種閉環(huán)時域穩(wěn)態(tài)分析方法，首先假定MMC精確調(diào)制函數(shù)及內(nèi)部環(huán)流均為未知量，然后基于

5、經(jīng)典循環(huán)耦合原理在MMC內(nèi)部構建兩個閉合分析環(huán)路，以此建立兩個非線性環(huán)路方程求解精確調(diào)制函數(shù)，環(huán)流電流及所有被其耦合的MMC內(nèi)部電氣量。提出的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)分析方法在MMC整個功率運行范圍內(nèi)均能保持很高的分析精度，且此分析精度不受運行條件影響。除此之外，該方法還能實現(xiàn)MMC-HVDC系統(tǒng)交流側電壓的優(yōu)化設計和選擇。
　　(2) MMC-HVDC在復雜電網(wǎng)環(huán)境下快速精確并網(wǎng)鎖相技術。該技術是實現(xiàn)MMC-HVDC正常并網(wǎng)運行，功率解耦控制及

6、故障穿越的基礎。提出了一種微分滑動濾波快速鎖相技術。該技術將隨輸入信號頻率變化而在線變化的比例模塊引入滑動濾波鎖相環(huán)(Moving Average Filter based Phase Locked Loop，MAF-PLL)，以此快速濾除最低次諧波減小滑動濾波模塊的窗口寬度，提升鎖相速度。由于比例模塊不會引入相位滯后，因此不會影響鎖相系統(tǒng)穩(wěn)定性。該鎖相技術結構簡單，計算量低，可以在復雜電網(wǎng)環(huán)境下，比如故障、高諧波污染、直流偏置等，實現(xiàn)

7、精確、快速鎖相，為所有并網(wǎng)換流器(包括MMC)及柔性直流輸電系統(tǒng)的安全運行、可靠控制及故障穿越等提供保障。
　　(3) MMC-HVDC不同工況下的功率解耦控制策略。研究了MMC-HVDC在對稱及不對稱電網(wǎng)條件下的有功、無功解耦控制策略。交流電網(wǎng)不對稱時，對旋轉(zhuǎn)坐標系下的分序解耦比例積分(Proportional Intergral，PI)控制策略及靜止坐標系下的比例諧振(Proportional Resonant，PR)控制策略

8、進行了詳細的對比分析及仿真驗證。研究發(fā)現(xiàn)基于PR的MMC-HVDC功率解耦控制策略可以在靜止坐標系下實現(xiàn)，無需交流電氣量正負序分離、分序控制以及坐標變換和反變換，因此具有更加簡單的控制結構和更低的計算量。
　　(4) MMC-HVDC環(huán)流電流抑制策略。MMC自身拓撲結構和工作原理不可避免引起橋臂環(huán)流。研究了MMC內(nèi)部環(huán)流產(chǎn)生的機理及相應的環(huán)流抑制策略。得出在不對稱電網(wǎng)條件下，將MMC環(huán)流抑制策略直接應用于MMC-HVDC系統(tǒng)時可能