模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Con- verter, MMC）采用子模塊級聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有開關(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，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，有如下兩個問題必須考慮。

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，沒有電流過零點，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直流側(cè)故障進行隔離，目前國內(nèi)外僅有為數(shù)不多的幾個公司完成了直流斷路器樣機研制，這些樣機還沒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型子模塊代替半橋子模塊實現(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拓?fù)洌粚崿F(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)洌瑸闇p少功率器件數(shù)量的閉鎖后儲能電容非對稱充電的混合拓?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>

上述改進型拓?fù)錈o一例外都是通過采用單一閉鎖模式實現(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，無論是改進型拓?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，可能會導(dǎo)致電容電壓發(fā)散。

2、電容電壓均衡問題

MMC中子模塊電容相互獨立，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，均壓控制對計算量和數(shù)據(jù)采集速度要求日趨嚴(yán)苛，由此帶來一系列子模塊電容均壓問題。

• 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、實現(xiàn)簡單的特點。但排序均衡需要對所有模塊電容電壓進行實時排序和選擇，占用運算資源較多，可能會在控制環(huán)節(jié)引入較大延遲，降低MMC電流動態(tài)跟蹤特性。
• 有學(xué)者針對載波移相調(diào)制策略，為每個子模塊附加獨立電容電壓控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了無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)對組內(nèi)部電容參數(shù)差異引起的誤差。
• 為實現(xiàn)模塊間電容能量交換，解決電容電壓均衡問題，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)計了一種MMC新拓?fù)洌切枰柚o助變壓器才能實現(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)洌诒Ａ鬗MC模塊化特性的同時，采用二極管鉗位方法，將各個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在子模塊投切過程中自發(fā)實現(xiàn)電容電壓均衡。這種方法控制簡單，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。

針對上述問題，新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗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>