基于载波混合基于载波混合SPWM控制模块化多电平变换器的研究控制模块化多电平变换器的研究
模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC)是柔性直流输电的应用热点之一。针对传统脉冲宽
度调制方式在MMC系统中存在使每个模块单元输出功率不等，输出波形性能降低等问题，提出了一种基于载波
混合脉冲宽度调制策略（carrier-based hybrid SPWM,CBH-SPWM）。该调制策略同时包含了载波重叠和载波
移相两种调制方法的特点。一方面提高了输出电压的性能，另一方面使MMC中每个模块输出功率相等。仿真结
果验证了所提CBH-SPWM方法的正确性与有效性。
0 引言引言
近年来，多电平变换器以其独特的结构特点在高压大功率场合受到了广泛的关注
[1-3]
。脉冲调制技术是直接影响多电平变换
器输出性能的关键技术之一。MMC提出了以后，国内外学者对MMC脉冲调制进行了广泛的研究。主要归结于两类：即基于阶
梯电平的调制和基于脉宽的调制(pulse width modultion，PWM)。文献[4-6]介绍了阶梯电平中较为受青睐的最近电平调制
(nearest level modulation，NLM)在MMC结构中的实现方法和效果，结合了桥臂间的电流，各个模块的电容电压以及各个模块
上流过的电流，有选择地将模块单元进行投切。但是，当MMC模块单元较少时，采用NLM，输出性能并不是很好。同时将阶
梯电平调制方式直接用于MMC中会导致各个模块单元输出功率的不平衡，产生严重环流，导致系统无法正常工作。文献[7]采
用(carrier phase-shifted sinusoidal pulse width modulation，CPS-SPWM)作为MMC的调制策略，在CPS-SPWM技术下，可
以通过较低的开关频率实现较高的等效开关频率，各个功率单元的开关频率相同，能量分布均衡，并介绍了其在MMC中载波
的分配规律。文献[8]指出载波层叠调制(phase disposition SPWM，PD-SPWM)相比于CPS-SPWM输出线电压的谐波含量更
低，输出性能更好。然而，在PD-SPWM技术下，各个模块单元的开关不一致，功率单元的能量分布不平衡。
上述提到的调制方式均有各自的不足，本文以输出波形谐波含量低和各个模块单元开关次数相同，能量分布均衡为目的，
提出了一种新型载波混合脉冲宽度调制策略(carrier-based hybrid SPWM，CBH-SPWM)，它综合了PD-SPWM和CPS-SPWM
两种调制策略的优点。
1 MMC拓扑结构及工作原理拓扑结构及工作原理
图1为MMC的三相拓扑结构，它由6个桥臂构成，每相由上下两个桥臂组成，每个桥臂含有N个相同的相互连接的子模块
(sub module，SM)。每个桥臂含有一个电感，该电感的主要作用是限制桥臂内不同的子模块接入时和母线之间的电压跳变而
引起的尖峰电流以及母线与桥臂之间的环流。MMC的子模块SM由两个IGBT开关管组成的半桥和一个储能电容构成，如图1所
示，工作状态如表1。
2 控制策略的运行原理控制策略的运行原理
为了实现系统的高效率、高性能运行，本文提出了一种基于载波的混合脉冲宽度调制策略，该策略结合了PD-SPWM和
CPS-SPWM两者的优点，可以使MMC中各个子模块开关次数相同，各个功率单元能量均衡，且具有较低的谐波特性。
2.1 PD-SPWM和和CPS-SPWM的原理的原理
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