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本書以模塊化多電平換流器為研究對(duì)象，創(chuàng)新性地提出了模塊化多電平換流器廣義數(shù)學(xué)模型、基于動(dòng)態(tài)調(diào)制比的過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)分析方法、換流器橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)等，闡述了模塊化多電平換流器在數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、主電路參數(shù)選型、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用等方面的最Z新進(jìn)展。全書共分為七章，主要內(nèi)容包括緒論、模塊化多電平換流器的廣義穩(wěn)態(tài)分析模型、模塊化多電平換流器的子模塊電容參數(shù)優(yōu)化、模塊化多電平換流器過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、基于橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控的模塊化多電平換流器優(yōu)化策略、模塊化多電平換流器的預(yù)充電控制策略、基于模塊化多電平拓?fù)涞娘L(fēng)力發(fā)電能量變換系統(tǒng)。

隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的快速發(fā)展，在可再生能源并網(wǎng)、高壓直流輸電等方面對(duì)換流器提出了新的需求。模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter，MMC）作為一種新型電壓源型換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，引發(fā)了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于避免了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的直接連接，輸出波形質(zhì)量高，且具備強(qiáng)大的子模塊故障處理能力，因此對(duì)其開(kāi)展深入研究具備重要的理論和實(shí)踐意義，有望為現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展提供新的動(dòng)力。在此背景下，本書以模塊化多電平換流器為研究對(duì)象，創(chuàng)新性地提出了廣義穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，在該理論框架下提出了基于動(dòng)態(tài)調(diào)制比的過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)分析方法、換流器橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)等，闡述了模塊化多電平換流器在數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、主電路參數(shù)選型、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用等方面的最新進(jìn)展。本書共7章。第1章介紹了模塊化多電平換流器的發(fā)展歷程、基本特點(diǎn)以及實(shí)際的工程應(yīng)用。第2章構(gòu)建了模塊化多電平換流器的廣義穩(wěn)態(tài)分析模型，與傳統(tǒng)模型進(jìn)行對(duì)比并驗(yàn)證了提出的廣義穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。第3章基于構(gòu)建的廣義穩(wěn)態(tài)模型，研究子模塊電容的參數(shù)選取，提出一種子模塊電容電壓的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。第4章針對(duì)模塊化多電平換流器的過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行研究，提出動(dòng)態(tài)調(diào)制比的概念，并提出基于動(dòng)態(tài)調(diào)制比的過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。第5章考慮平均電容電壓控制與橋臂直流參考量的可調(diào)節(jié)性，圍繞模塊化多電平變換器電容需求降低開(kāi)展研究，分析橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控對(duì)MMC穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響，提出了一種基于橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控的子模塊電容需求降低方法。第6章針對(duì)MMC啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的過(guò)流現(xiàn)象，對(duì)MMC的啟動(dòng)過(guò)程、充電等效電路及預(yù)充電控制策略等方面展開(kāi)研究。第7章提出了一種基于永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的MMC的穩(wěn)態(tài)分析方法，分析循環(huán)電流二次諧波分量注入對(duì)MMC子模塊電容電壓紋波的影響，提出了一種能顯著降低子模塊電容電壓紋波的恒電容電壓紋波控制方法。本書是山東大學(xué)李可軍教授、劉智杰副研究員在模塊化多電平換流器運(yùn)行與控制領(lǐng)域多年研究工作的基礎(chǔ)上完成的，參與本書撰寫工作的還有部分研究生：王梓琛、竇金鑫、匡玉祥、劉文濤、錢建行、郭忠霖、李良子等。本書的完成離不開(kāi)前人所做的貢獻(xiàn)，在此對(duì)本書所參考的有關(guān)書籍、期刊等內(nèi)容的作者表示感謝。本書的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目數(shù)據(jù)與知識(shí)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的交直流配用電系統(tǒng)智能態(tài)勢(shì)感知與協(xié)同優(yōu)化理論及方法（U2166202）、寬范圍運(yùn)行MMC的內(nèi)部能量動(dòng)態(tài)優(yōu)化機(jī)理與方法研究（52207212）、模塊化多電平海上風(fēng)電換流站的輕量化優(yōu)化原理與方法研究（ZR2021QE158）的資助，在此表示感謝！限于作者水平，書中難免會(huì)有疏漏之處，懇請(qǐng)廣大同行、讀者不吝指正。

前言
主要物理量符號(hào)表
第1章柔性直流換流器特點(diǎn)與應(yīng)用 1
1.1　電壓源型換流器的發(fā)展概述 2
1.2　模塊化多電平換流器的基本特點(diǎn) 3
1.3　模塊化多電平換流器工程應(yīng)用 5
第2章模塊化多電平換流器的廣義穩(wěn)態(tài)分析模型 8
2.1　MMC電氣量間的耦合關(guān)系 8
2.2　MMC廣義穩(wěn)態(tài)分析模型 11
2.2.1 基本前提假設(shè) 11
2.2.2 廣義穩(wěn)態(tài)分析模型的構(gòu)建流程 12
2.2.3 基于廣義穩(wěn)態(tài)模型的分析方法 20
2.3　仿真驗(yàn)證 21
2.3.1 廣義穩(wěn)態(tài)分析模型與傳統(tǒng)模型的比較 21
2.3.2 廣義穩(wěn)態(tài)分析模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證 24
第3章模塊化多電平換流器的子模塊電容參數(shù)優(yōu)化 28
3.1　MMC子模塊電容電壓精細(xì)化計(jì)算方法 28
3.1.1 基于廣義穩(wěn)態(tài)模型的電容電壓計(jì)算方法 28
3.1.2 基于廣義穩(wěn)態(tài)模型的電容電壓簡(jiǎn)化計(jì)算方法 29
3.2　傳統(tǒng)子模塊電容參數(shù)選取方法的問(wèn)題 33
3.2.1 子模塊電容電壓直流分量影響 33
3.2.2 MMC運(yùn)行域的影響 35
3.2.3 子模塊電容電壓紋波非對(duì)稱性 36
3.3　MMC子模塊電容參數(shù)優(yōu)選方法 37
3.3.1 子模塊電容參數(shù)優(yōu)選方法 37
3.3.2 子模塊電容參數(shù)選取算例 40
3.4　仿真驗(yàn)證 43
第4章模塊化多電平換流器過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 47
4.1　MMC過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)概述 47
4.2　MMC調(diào)制比基本定義 48
4.2.1 兩電平換流器調(diào)制比定義 48
4.2.2 MMC調(diào)制比定義 49
4.3　基于調(diào)制比評(píng)估過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)的誤差分析 49
4.3.1 MMC調(diào)制比精確表達(dá)式推導(dǎo) 50
4.3.2 傳統(tǒng)調(diào)制比評(píng)估過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)存在問(wèn)題及分析 52
4.3.3 算例研究 53
4.4　基于動(dòng)態(tài)調(diào)制比的MMC過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法 60
4.5　仿真驗(yàn)證 62
4.5.1 基于CMR評(píng)估過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)的誤差分析 62
4.5.2 基于DMR評(píng)估過(guò)調(diào)制風(fēng)險(xiǎn)的精度驗(yàn)證 65
第5章基于橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控的模塊化多電平換流器優(yōu)化策略 69
5.1　MMC橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控策略概述 69
5.2　橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控對(duì)MMC的影響分析 70
5.2.1 橋臂直流參考量與電容電壓間的交互作用關(guān)系 70
5.2.2 MMC子模塊電容電壓計(jì)算方法 71
5.2.3 橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控的影響分析 75
5.3　基于橋臂直流參考量動(dòng)態(tài)調(diào)控的MMC子模塊電容需求降低方法 77
5.3.1 降低子模塊電容需求的基本原理 77
5.3.2 子模塊電容需求降低的實(shí)現(xiàn)方法 80
5.4　仿真驗(yàn)證 83
5.4.1 所提子模塊電容需求降低方法與傳統(tǒng)方法的比較 83
5.4.2 直流側(cè)和交流側(cè)電壓波動(dòng)的影響 84
5.4.3 使用所提電容需求降低方法前后的電氣量波形 86
第6章模塊化多電平換流器的預(yù)充電控制策略 89
6.1　MMC啟動(dòng)策略概述 89
6.1.1 他勵(lì)式啟動(dòng)策略 89
6.1.2 自勵(lì)式啟動(dòng)策略 90
6.2　MMC預(yù)充電過(guò)程分析 91
6.3　MMC快速啟動(dòng)預(yù)充電控制策略 92
6.3.1 MMC預(yù)充電等效電路 92
6.3.2 MMC預(yù)充電控制策略 94
6.3.3 應(yīng)用于不同子模塊拓?fù)涞腗MC預(yù)充電控制方法 100
6.4　仿真驗(yàn)證 102
6.4.1 不同類型子模塊的預(yù)充電仿真 102
6.4.2 不同控制參數(shù)下半橋型子模塊預(yù)充電仿真 105
第7章基于模塊化多電平拓?fù)涞娘L(fēng)力發(fā)電能量變換系統(tǒng) 108
7.1　風(fēng)力發(fā)電能量變換系統(tǒng)概述 108
7.2　MMC型風(fēng)力發(fā)電能量變換系統(tǒng) 110
7.2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理 110
7.2.2 運(yùn)行控制策略 112
7.2.3 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建方法 114
7.3　MMC型風(fēng)力發(fā)電能量變換系統(tǒng)的恒電容紋波控制策略 118
7.3.1 恒電容電壓紋波控制機(jī)理 118
7.3.2 循環(huán)電流二次諧波分量對(duì)子模塊電容電壓紋波的影響 120
7.3.3 環(huán)流注入的幅值和相角對(duì)子模塊電容電壓紋波的影響 122
7.4　仿真驗(yàn)證 126
參考文獻(xiàn) 131

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