11 电平三相 MMC 逆变器并网技术深度剖析

BBNbQKHXygfU

32人浏览 · 2026-03-21 19:30:00

BBNbQKHXygfU · 2026-03-21 19:30:00 发布

11电平三相MMC（模块化多电平换流器）逆变器并网关键词:双闭环载波移相调制电容电压均衡控制二倍频环流抑制控制 [1]采用双闭环控制，外环PQ控制，内环控制并网电流。并网电流波形质量好，输出功率跟随指令值，额定容量10MW [2]模型桥臂子模块10个，11电平，采用载波移相调制。 [3]采用负序环流抑制（CCSC）抑制桥臂二倍频环流，采用电容电压均衡控制，均压效果良好。附参考文献

在电力电子领域，11 电平三相 MMC（模块化多电平换流器）逆变器并网技术近年来备受关注。它融合了双闭环控制、载波移相调制、电容电压均衡控制以及二倍频环流抑制控制等一系列关键技术，为高效稳定的并网运行奠定了基础。

双闭环控制

采用双闭环控制策略，外环为 PQ 控制，内环负责控制并网电流。这一设计使得并网电流波形质量优异，输出功率能够紧密跟随指令值，在额定容量 10MW 的情况下也能稳定运行。

以简单的 Python 代码示意外环 PQ 控制思路（实际电力系统代码更为复杂，此处仅为理念示意）：

# 设定功率指令值
P_ref = 10e6  # 10MW 的功率指令值
Q_ref = 0

# 假设测量得到的实际功率
P_measured = 9.8e6
Q_measured = 0.1e6

# PQ 控制调整量计算
dP = P_ref - P_measured
dQ = Q_ref - Q_measured

# 根据调整量调整相关参数，这里简单示意
if dP > 0:
    # 增加发电功率相关参数，假设为调整直流侧电压
    dc_voltage += 10
else:
    dc_voltage -= 10

if dQ > 0:
    # 调整无功相关参数，比如调整逆变器输出电压相位
    phase_angle += 0.01
else:
    phase_angle -= 0.01

外环 PQ 控制通过不断比较功率指令值与实际测量值，计算出功率偏差，然后依据偏差去调整相关参数，使得系统能够朝着目标功率运行。内环控制并网电流则保证了电流的稳定和高质量输出。

载波移相调制

模型桥臂子模块有 10 个，构成 11 电平，采用载波移相调制。载波移相调制技术通过将多个载波在相位上进行偏移，然后与调制波进行比较来产生 PWM 信号。

以下是一段简化的载波移相调制 Matlab 代码（仅为示意关键步骤）：

% 定义参数
N = 10; % 子模块数量
f_c = 1000; % 载波频率
f_m = 50; % 调制波频率
t = 0:0.00001:0.02; % 时间向量

% 生成载波信号
carriers = zeros(N, length(t));
for k = 1:N
    carriers(k, :) = sin(2*pi*f_c*t + (2*pi*(k - 1)/N));
end

% 生成调制波信号
modulating_wave = sin(2*pi*f_m*t);

% 比较生成 PWM 信号
pwm_signals = zeros(N, length(t));
for k = 1:N
    pwm_signals(k, :) = modulating_wave > carriers(k, :);
end

在上述代码中，我们首先定义了子模块数量、载波频率和调制波频率等参数。然后生成多个在相位上有偏移的载波信号，再将调制波与这些载波信号分别比较，从而得到各子模块的 PWM 信号。这种调制方式可以有效增加输出电压的电平数，降低谐波含量。

电容电压均衡控制与二倍频环流抑制控制

采用负序环流抑制（CCSC）来抑制桥臂二倍频环流，同时采用电容电压均衡控制，均压效果良好。

以电容电压均衡控制为例，其核心思路是通过实时监测各个子模块电容电压，当发现电压不均衡时，调整子模块的投入与切除。以下是一段简单的电容电压均衡控制的 C 语言代码框架（实际应用会更复杂且结合硬件）：

// 假设定义子模块电容电压数组
float capacitor_voltages[10];

// 初始化电容电压
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    capacitor_voltages[i] = 100; // 假设初始电压为 100V
}

// 计算平均电压
float total_voltage = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    total_voltage += capacitor_voltages[i];
}
float average_voltage = total_voltage / 10;

// 调整电容电压
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (capacitor_voltages[i] > average_voltage) {
        // 减少该子模块投入时间，假设通过调整占空比实现
        duty_cycle[i] -= 0.05;
    } else if (capacitor_voltages[i] < average_voltage) {
        duty_cycle[i] += 0.05;
    }
}

通过这样的方式，使得各个子模块电容电压能够保持均衡，保证系统稳定运行。而负序环流抑制（CCSC）则通过对二倍频环流的监测与控制，减少环流对系统的不利影响，提升系统性能。