摘要：模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的换流器拓扑结构。它因具有电压及功率等级控制灵活、输出电压波形谐波含量少、开关损耗低等优点，引起了国内外学者的重视，被广泛应用于交直流输电领域。本课题将对MMC的电路拓扑结构和工作原理进行分析，推导建立其数学模型。其次在PSCAD平台上搭建含3~4个子模块的MMC详细仿真模型，最后进一步对MMC中环流的形成和抑制方法进行学习，并对控制系统和控制参数进行优化和改进。
关键词：模块化多电平换流器；详细仿真模型；环流抑制；控制参数优化
1 引言
随着高压大功率全控型电力电子器件绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的发展，柔性交流和柔性直流输电技术被广泛应用于输配电领域，能实现对电网电能输送和分配的快速控制、提高电网输送能力及安全稳定水平、增强电网运行灵活性，是智能电网发展最具代表性的技术之一。
近年来柔性输电换流器技术从两电平、三电平发展到模块化多电平换流器技术。MMC是由德国慕尼黑联邦国防军大学R. Marquardt教授于2001年提出的一种新型换流器拓扑结构。其模块化拓扑和可扩展性使其应用领域广、灵活性强，成为了电压源型高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC）的首选拓扑。此外也具有开关频率低，可以降低损耗；输出波形接近正弦波，谐波含量少，在网侧不需要大容量交流滤波器等优点。因此该技术已广泛应用于国内外工程中：我国已建成的上海南汇柔性直流工程、南澳三端柔性直流工程、舟山五端柔性直流输电工程以及正在建设中的厦门柔性直流工程都采用MMC结构；国际上西门子公司已建成的美国跨湾工程(Trans Bay Cable Project，TBC)和法国一西班牙联网工程(INELFE工程)也将MMC列为首选拓扑结构。
本文首先介绍MMC基本拓扑结构以及工作原理，然后推导出其数学模型，再利用PSCAD软件搭建MMC仿真模型，最后结合仿真波形讨论其内部环流的抑制和控制系统的优化改进。
2 MMC拓扑结构及基本原理
模块化多电平换流器由三个完全相同的相单元组成，每个相单元包含上、下两个完全对称的桥臂。每一个桥臂由N个级联的子模块（Submodules，SM）和一个电抗器L0串联而成（见图1）,其中桥臂电抗器能抑制相间环流，降低桥臂电流的谐波畸变率，且在严重故障下能够抑制故障电流的上升，保护MMC的电力电子器件[1]。
（a）MMC三相拓扑结构
