本书以模块化多电平换流器为研究对象，创新性地提出了模块化多电平换流器广义数学模型、基于动态调制比的过调制风险分析方法、换流器桥臂直流参考量动态优化技术等，阐述了模块化多电平换流器在数学模型构建、主电路参数选型、运行风险评估、风力发电应用等方面的最Z新进展。全书共分为七章，主要内容包括绪论、模块化多电平换流器的广义稳态分析模型、模块化多电平换流器的子模块电容参数优化、模块化多电平换流器过调制风险评估、基于桥臂直流参考量动态调控的模块化多电平换流器优化策略、模块化多电平换流器的预充电控制策略、基于模块化多电平拓扑的风力发电能量变换系统。

本书以模块化多电平换流器为研究对象，创新性地提出了模块化多电平换流器广义数学模型、基于动态调制比的过调制风险分析方法、换流器桥臂直流参考量动态优化技术等，阐述了模块化多电平换流器在数学模型构建、主电路参数选型、运行风险评估、风力发电应用等方面的最Z新进展。

随着风能、太阳能等可再生能源的快速发展，在可再生能源并网、高压直流输电等方面对换流器提出了新的需求。模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型电压源型换流器拓扑结构，引发了学术界与工业界的广泛关注。其独特优势在于避免了半导体开关器件的直接连接，输出波形质量高，且具备强大的子模块故障处理能力，因此对其开展深入研究具备重要的理论和实践意义，有望为现代电网的发展提供新的动力。在此背景下，本书以模块化多电平换流器为研究对象，创新性地提出了广义稳态数学模型，在该理论框架下提出了基于动态调制比的过调制风险分析方法、换流器桥臂直流参考量动态优化技术等，阐述了模块化多电平换流器在数学模型构建、主电路参数选型、运行风险评估、风力发电应用等方面的最新进展。 本书共7章。第1章介绍了模块化多电平换流器的发展历程、基本特点以及实际的工程应用。第2章构建了模块化多电平换流器的广义稳态分析模型，与传统模型进行对比并验证了提出的广义稳态数学模型的准确性。第3章基于构建的广义稳态模型，研究子模块电容的参数选取，提出一种子模块电容电压的简化计算方法。第4章针对模块化多电平换流器的过调制风险评估进行研究，提出动态调制比的概念，并提出基于动态调制比的过调制风险评估方法。第5章考虑平均电容电压控制与桥臂直流参考量的可调节性，围绕模块化多电平变换器电容需求降低开展研究，分析桥臂直流参考量动态调控对MMC稳态运行的影响，提出了一种基于桥臂直流参考量动态调控的子模块电容需求降低方法。第6章针对MMC启动时出现的过流现象，对MMC的启动过程、充电等效电路及预充电控制策略等方面展开研究。第7章提出了一种基于永磁直驱风电变流器的MMC的稳态分析方法，分析循环电流二次谐波分量注入对MMC子模块电容电压纹波的影响，提出了一种能显著降低子模块电容电压纹波的恒电容电压纹波控制方法。 本书是山东大学李可军教授、刘智杰副研究员在模块化多电平换流器运行与控制领域多年研究工作的基础上完成的，参与本书撰写工作的还有部分研究生：王梓琛、窦金鑫、匡玉祥、刘文涛、钱建行、郭忠霖、李良子等。本书的完成离不开前人所做的贡献，在此对本书所参考的有关书籍、期刊等内容的作者表示感谢。 本书的研究工作得到了国家自然科学基金项目数据与知识联合驱动的交直流配用电系统智能态势感知与协同优化理论及方法（U2166202）、宽范围运行MMC的内部能量动态优化机理与方法研究（52207212）、模块化多电平海上风电换流站的轻量化优化原理与方法研究（ZR2021QE158）的资助，在此表示感谢！ 限于作者水平，书中难免会有疏漏之处，恳请广大同行、读者不吝指正。

李可军，教授，博士生导师，IEEE Senior Member，中国电工技术学会理事，山东省电工技术学会理事长，山东大学可再生能源与智能电网研究所主任。从事多端直流输电技术、直流换流站运行分析与先进控制技术、新能源并网控制策略等领域研究，发表SCI/EI收录学术论文200余篇，授权发明专利36项，主持防御多馈入直流换相失败的换流站级控制方法、城市核心区供电的直流网络运行模式与控制策略研究等国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金等纵向课题13项，国家电网公司总部科技项目、山东电力科技项目等横向课题30余项，获得中国电工技术学会科学技术奖、山东省科学技术奖等省部级科技进步奖4项。

前言
主要物理量符号表
第1章 柔性直流换流器特点与应用 1
1.1　电压源型换流器的发展概述 2
1.2　模块化多电平换流器的基本特点 3
1.3　模块化多电平换流器工程应用 5
第2章 模块化多电平换流器的广义稳态分析模型 8
2.1　MMC电气量间的耦合关系 8
2.2　MMC广义稳态分析模型 11
2.2.1 基本前提假设 11
2.2.2 广义稳态分析模型的构建流程 12
2.2.3 基于广义稳态模型的分析方法 20
2.3　仿真验证 21
2.3.1 广义稳态分析模型与传统模型的比较 21
2.3.2 广义稳态分析模型的准确性验证 24
第3章 模块化多电平换流器的子模块电容参数优化 28
3.1　MMC子模块电容电压精细化计算方法 28
3.1.1 基于广义稳态模型的电容电压计算方法 28
3.1.2 基于广义稳态模型的电容电压简化计算方法 29
3.2　传统子模块电容参数选取方法的问题 33
3.2.1 子模块电容电压直流分量影响 33
3.2.2 MMC运行域的影响 35
3.2.3 子模块电容电压纹波非对称性 36
3.3　MMC子模块电容参数优选方法 37
3.3.1 子模块电容参数优选方法 37
3.3.2 子模块电容参数选取算例 40
3.4　仿真验证 43
第4章 模块化多电平换流器过调制风险评估 47
4.1　MMC过调制风险概述 47
4.2　MMC调制比基本定义 48
4.2.1 两电平换流器调制比定义 48
4.2.2 MMC调制比定义 49
4.3　基于调制比评估过调制风险的误差分析 49
4.3.1 MMC调制比精确表达式推导 50
4.3.2 传统调制比评估过调制风险存在问题及分析 52
4.3.3 算例研究 53
4.4　基于动态调制比的MMC过调制风险评估方法 60
4.5　仿真验证 62
4.5.1 基于CMR评估过调制风险的误差分析 62
4.5.2 基于DMR评估过调制风险的精度验证 65
第5章 基于桥臂直流参考量动态调控的模块化多电平换流器优化策略 69
5.1　MMC桥臂直流参考量动态调控策略概述 69
5.2　桥臂直流参考量动态调控对MMC的影响分析 70
5.2.1 桥臂直流参考量与电容电压间的交互作用关系 70
5.2.2 MMC子模块电容电压计算方法 71
5.2.3 桥臂直流参考量动态调控的影响分析 75
5.3　基于桥臂直流参考量动态调控的MMC子模块电容需求降低方法 77
5.3.1 降低子模块电容需求的基本原理 77
5.3.2 子模块电容需求降低的实现方法 80
5.4　仿真验证 83
5.4.1 所提子模块电容需求降低方法与传统方法的比较 83
5.4.2 直流侧和交流侧电压波动的影响 84
5.4.3 使用所提电容需求降低方法前后的电气量波形 86
第6章 模块化多电平换流器的预充电控制策略 89
6.1　MMC启动策略概述 89
6.1.1 他励式启动策略 89
6.1.2 自励式启动策略 90
6.2　MMC预充电过程分析 91
6.3　MMC快速启动预充电控制策略 92
6.3.1 MMC预充电等效电路 92
6.3.2 MMC预充电控制策略 94
6.3.3 应用于不同子模块拓扑的MMC预充电控制方法 100
6.4　仿真验证 102
6.4.1 不同类型子模块的预充电仿真 102
6.4.2 不同控制参数下半桥型子模块预充电仿真 105
第7章 基于模块化多电平拓扑的风力发电能量变换系统 108
7.1　风力发电能量变换系统概述 108
7.2　MMC型风力发电能量变换系统 110
7.2.1 拓扑结构与运行原理 110
7.2.2 运行控制策略 112
7.2.3 数学模型构建方法 114
7.3　MMC型风力发电能量变换系统的恒电容纹波控制策略 118
7.3.1 恒电容电压纹波控制机理 118
7.3.2 循环电流二次谐波分量对子模块电容电压纹波的影响 120
7.3.3 环流注入的幅值和相角对子模块电容电压纹波的影响 122
7.4　仿真验证 126
参考文献 131