基于MMC的柔性直流输电系统调制方式与损耗深度研究

本文主要探讨了基于模块化多电平换流器(MMCHVDC, modular multi-level converter)的柔性直流输电系统(Flexible Direct Current Transmission, FDC)中的调制方法与损耗问题。作者首先深入分析了MMC变流器的基本拓扑和工作原理，着重关注了两种常见的调制策略：载波移相调制(carrier phase shift modulation)和最近电平逼近调制(nearest level crossing modulation)。 在载波移相调制下，作者通过计算在一个工频周期内开关器件电流的有效值和平均值，推导出了一种计算MMC变流器损耗的公式。这种损耗主要来自于换流阀内部的电阻和电感产生的能量损耗，以及开关元件的开关损耗。通过这种方式，可以量化不同调制状态下MMC的总能耗。 对于最近电平逼近调制，作者则采取分段解析的方法来确定损耗计算公式，这在保持电压阶跃最小的同时，减少了换流阀的开关次数，从而降低了损耗。文章的核心内容围绕着如何通过比较这两种调制方式下的损耗，找出在损耗相等时所需的临界子模块数量。子模块的数量对总的损耗有显著影响，因为更多的子模块意味着更平滑的电压波形，但同时也增加了系统的复杂性和成本。 接下来，作者对系统参数如电压等级、频率、开关频率等进行了深入研究，分析了这些参数变化如何影响临界子模块数，以便工程师在实际应用中选择最优化的调制策略。这一部分的研究为工程实践中优化MMC变流器的性能提供了重要的理论依据。 最后，作者通过仿真验证了他们的理论分析和计算结果，确保了所提出的损耗模型和调制策略选择方法的准确性。这篇文章为柔性直流输电系统的设计者和优化者提供了宝贵的工具和指导，对于降低MMC变流器的损耗，提高系统的能源效率具有实际意义。