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多电平变换器中输入电压分摊在各个串联开关管上,降低了各个开关管的电压应力,使得其成为高压场合的首选拓扑结构。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的模块化结构使其在理论上能够达到任何电压水平输出,其电容电压均衡也相对容易实现。此外,MMC还具有输出波形质量高、易实现冗余控制和开关频率低等优点。然而,随着MMC的应用领域不断拓展,仍然存在着与MMC控制和调制相关的问题需要进一步研究。控制方式和调制技术会对MMC的开关损耗、电容电压波动范围和输出电流谐波含量产生重要影响,直接关系变到变换器的性能和运行稳定性。本文的主要工作如下:(1)对中高压场合下传统控制方式存在的问题进行了比较分析和仿真验证。通过对MMC进行数学建模和分析,详细阐述了传统控制方案的均压设计思路。比较了MMC中最常用的两种调制方法(最近电平逼近调制和移相载波调制)的优缺点,本文通过仿真给出了具体的数据表征,指出了中高压场合下MMC现有调制方案的不足。(2)首次指出最近电平逼近调制下无差拍电流控制具有滞环特性,进行了相关数学推导,并以此设计了环流抑制策略。本文结合桥臂电流误差控制原理,详细分析了最近电平逼近调制下无差拍电流控制的开关过程,指出最近电平逼近调制下MMC无差拍电流控制具有滞环特性。定量分析了最近电平逼近调制下MMC无差拍电流控制的滞环环宽,得到了滞环环宽和输出电流波动范围的表达式。为无差拍电流控制方法在中高压场合的应用提供了理论基础,并利用桥臂电流的滞环特性设计了桥臂电流环流抑制策略。(3)对无差拍电流控制下子模块开关频率进行了优化设计。对于最近电平逼近调制下的无差拍电流控制,本文通过仿真比较了半桥子模块MMC在两种子模块开关频率优化策略(基于最大电容电压偏差和虚拟电容电压的子模块优化策略)下的优化效果。基于虚拟电容电压优化的思想,本文设计了相应的全桥子模块的开关频率优化策略,显著降低了MMC子模块平均开关频率。(4)提出将无差拍电流控制用于直流融冰场合,设计了全桥子模块MMC直流融冰装置的综合控制方案。详细分析了MMC全桥子模块的过调制能力,利用全桥子模块的负电平输出能力,实现了MMC整流器宽范围电压输出。本文提出将无差拍电流控制用于MMC直流融冰装置,设计了包括环流抑制和子模块开关频率优化在内的综合控制方案。