模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Con- verter, MMC）采用子模塊級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力小，電壓、電流波形質(zhì)量高，輸出電壓調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)，因此在高壓直流輸電和電能變換領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

當(dāng)MMC應(yīng)用于高壓直流輸電時(shí)，有如下兩個(gè)問(wèn)題必須考慮。

1、如何處理直流側(cè)線路短路故障

直流系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，較低的阻尼導(dǎo)致電流上升率較高，且不同于交流故障，沒(méi)有電流過(guò)零點(diǎn)，從而電流清除難度要大于交流系統(tǒng)。

當(dāng)前主要有以下幾種方法切斷故障電流：

• 1）依靠換流站交流斷路器，但交流斷路器故障切除時(shí)間通常在45～150ms之間，不利于故障快速切除和系統(tǒng)恢復(fù)；
• 2）其次安裝直流斷路器對(duì)直流側(cè)故障進(jìn)行隔離，目前國(guó)內(nèi)外僅有為數(shù)不多的幾個(gè)公司完成了直流斷路器樣機(jī)研制，這些樣機(jī)還沒(méi)有廣泛的工程成功應(yīng)用案例，成本高且技術(shù)仍然不成熟。
• 3）換流器采用具有故障抑制能力改進(jìn)型子模塊代替半橋子模塊實(shí)現(xiàn)短路故障清除。例如，具有并聯(lián)抑制功能的鉗位二極管子模塊及其改進(jìn)拓?fù)洌粚?shí)現(xiàn)串聯(lián)抑制功能的串聯(lián)雙子模塊和跨接三電平和五電平拓?fù)?，為減少功率器件數(shù)量的閉鎖后儲(chǔ)能電容非對(duì)稱充電的混合拓?fù)洌秒p向阻斷能力絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成的阻斷型拓?fù)洹?/li>

上述改進(jìn)型拓?fù)錈o(wú)一例外都是通過(guò)采用單一閉鎖模式實(shí)現(xiàn)直流故障抑制。全橋拓?fù)渚哂兄绷鞴收想娏鞣情]鎖抑制功能，但是相對(duì)于半橋子模塊拓?fù)渌韫β势骷^多。而全橋子模塊+半橋子模塊構(gòu)成的混合拓?fù)潆m然可以實(shí)現(xiàn)直流故障非閉鎖抑制，但故障抑制期間，半橋子模塊處于旁路狀態(tài)。

總之，無(wú)論是改進(jìn)型拓?fù)渲绷鞴收祥]鎖抑制，還是全橋+半橋拓?fù)渲绷鞴收戏情]鎖抑制，都存在全部或部分子模塊處于閉鎖或旁路狀態(tài)，而由于子模塊取能電路影響，可能會(huì)導(dǎo)致電容電壓發(fā)散。

2、電容電壓均衡問(wèn)題

MMC中子模塊電容相互獨(dú)立，電容電壓均衡依賴于均壓控制，而均壓控制復(fù)雜程度又直接取決于MMC子模塊數(shù)目。隨著子模塊數(shù)目增加，均壓控制對(duì)計(jì)算量和數(shù)據(jù)采集速度要求日趨嚴(yán)苛，由此帶來(lái)一系列子模塊電容均壓?jiǎn)栴}。

• 有學(xué)者研究了電容電壓排序均衡控制策略，該策略具有原理清晰、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但排序均衡需要對(duì)所有模塊電容電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)排序和選擇，占用運(yùn)算資源較多，可能會(huì)在控制環(huán)節(jié)引入較大延遲，降低MMC電流動(dòng)態(tài)跟蹤特性。
• 有學(xué)者針對(duì)載波移相調(diào)制策略，為每個(gè)子模塊附加獨(dú)立電容電壓控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需排序的電壓均衡控制，但控制環(huán)節(jié)增加了均壓控制復(fù)雜度。
• 有學(xué)者提出一種減少傳感器的電容電壓分組均衡控制策略以提高均壓效率，但不能應(yīng)對(duì)組內(nèi)部電容參數(shù)差異引起的誤差。
• 為實(shí)現(xiàn)模塊間電容能量交換，解決電容電壓均衡問(wèn)題，有學(xué)者在相鄰子模塊電容上串接鉗位二極管，提供能量通道，設(shè)計(jì)了一種MMC新拓?fù)洌切枰柚o助變壓器才能實(shí)現(xiàn)相內(nèi)電壓平衡。
• 有學(xué)者提出一種具備自均壓能力MMC拓?fù)?，在保留MMC模塊化特性的同時(shí)，采用二極管鉗位方法，將各個(gè)子模塊電容電壓鉗位在最底端子模塊和最頂端子模塊電容電壓之間，使得MMC在子模塊投切過(guò)程中自發(fā)實(shí)現(xiàn)電容電壓均衡。這種方法控制簡(jiǎn)單，但是保持最底端和最頂端子模塊電容電壓平衡電路可能需要承受較高的絕緣電壓。

針對(duì)上述問(wèn)題，新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員，提出了一種具有直流故障阻斷和內(nèi)部電容自均壓能力的自阻自均壓子模塊拓?fù)洹?/strong>