混合型模块化多电平换流器损耗与均压约束分析

"考虑子模块均压约束的混合型模块化多电平换流器损耗分析" 混合型模块化多电平换流器（Hybrid Modular Multi-level Converter, HMMC）是一种结合了全桥子模块（Full-Bridge Submodule, FBSM）与半桥子模块（Half-Bridge Submodule, HBSM）的先进电力电子转换技术。这种设计旨在兼顾全桥型换流器的故障穿越能力和半桥型换流器的成本效益。MMC的核心优势在于其模块化结构，这使得系统具有高可靠性和灵活的容量扩展能力。 模块损耗分析是评估换流器性能的关键环节。全桥型MMC由四个开关元件构成，可以输出正、负、零三种电平，在直流故障情况下能有效阻止短路电流，但其较大的器件数量导致较高的成本。相反，半桥型MMC结构简单，成本较低，但其故障处理能力相对较弱。HMMC结合两者优点，适用于高压直流输电系统，特别是在柔性直流输电领域。 文献研究了多种损耗计算方法和因素。文献[5]分析了全桥型MMC的开关损耗和通态损耗，但未考虑温度变化的影响。文献[6]提出了一个基于桥臂电流有效值和绝对值的简化损耗模型，适用于全桥子模块，并详细计算了各种损耗。文献[7]专注于半桥型MMC的损耗分析，对比了最近电平逼近（NLM）和载波移相（CP-SPWM）调制方式下的损耗，但缺乏实际散热条件的考虑。文献[8]建立了一个快速仿真模型，用于精确计算中高频MMC的阀损。文献[9]通过分析结温波动，应用Coffin-Manson寿命模型评估了温度优化控制策略下的MMC系统寿命。文献[10]提出了一种基于结温反馈的损耗分析方法，提高了损耗估算的精度。 对于HMMC，由于全桥子模块能够输出负电平，其损耗分析相对于仅能输出非负电平的半桥型MMC会有不同。因此，理解子模块间的均压约束和它们如何影响总损耗至关重要。均压控制确保每个子模块承受的电压均匀，从而减少局部过热和器件应力，提高整体系统效率。在损耗计算中，必须考虑子模块的开关操作模式、直流侧电压、负载条件以及环境温度等因素。 混合型模块化多电平换流器的损耗分析是一项复杂的任务，涉及到多个子模块类型、调制策略、散热条件和温度影响。有效的损耗建模和分析对于优化设计、提高系统效率以及延长设备寿命具有决定性作用。未来的研究将继续深入探讨更精确的损耗计算方法，以及考虑更多实际运行条件下的热管理策略。