中文摘要：

针对现有多电平变换技术应用于智能电网中大规模可再生能源发电接入、互联及双向潮流控制等方面存在的问题，本项目提出并研究一种用于中/高压网络的新型级联模块化多电平矩阵变换器(CM3C)拓扑及其控制技术。通过建立CM3C等效模型，揭示CM3C本质机理和电容电压变化规律；提出CM3C级联支路电流直接控制思想，研究CM3C电容电压平衡控制方法及"黑启动"控制策略；建立CM3C小信号模型，研究CM3C输入/输出电流快速和解耦控制策略以及兼顾电容电压平衡控制的综合协调控制策略；提出CM3C并网及CM3C电力电子变压器技术多功能优化控制策略，为实现可再生能源发电柔性接入与互联等奠定理论和方法基础。在构建CM3C实验平台基础上，结合理论分析和仿真手段，建立和完善CM3C技术的理论体系和先进控制方法，形成CM3C的系统性研究成果。本项目研究是对多电平变换新技术和新理论的挖掘和探索，具有重要理论价值和应用前景。

结论摘要：

模块化多电平(矩阵)变换器(MMC，MMMC)可用于高压直流输电(HVDC)、大规模可再生能源发电接入及双向潮流控制、以及高压电机驱动等应用场合。本项目对MMC和MMMC一系列关键技术问题展开了研究。通过建立MMMC等效电路模型和稳态数学模型，分析了稳态情况下MMMC子模块电容纹波电压与输入/出频率、功率因数、电压比值等参量之间的定量关系，表明MMMC输入/出频率对稳态电容纹波幅值非常敏感。项目研究了MMMC不同输入/出频率时的电容电压纹波控制方法，分别提出了低频和差频纹波抑制策略，有效解决了电容电压纹波过大问题。研究和提出了基于桥臂电流直接控制的MMC及MMMC电容电压多层次控制策略，同时实现了输入/出电流快速跟踪控制和解耦控制及环流抑制控制。针对MMC及MMMC系统“黑启动”问题，提出了一种电容分组预充电控制方法，能有效提高“黑启动”速度、减小限流电阻功耗。对于子模块电容电压平衡控制，提出了一种子模块电容电压自平衡电路拓扑，该拓扑利用MMC和MMMC自身特点，采用少量硬件实现了子模块电容电压的自平衡控制，降低了MMC和MMMC控制的复杂性。研究了基于MMMC的电力电子变压器(PET)，提出了基于MMMC综合控制及PET低压侧H桥变换器移相控制的PET控制方案。为了降低实时仿真成本、提高仿真性能，提出一种功率变换器的模拟仿真技术，该技术以电子模拟开关和运算放大器为核心，具有天然的实时处理开关及模拟信号的能力，仿真时间(或速度)与系统规模及复杂性无关。搭建了MMC和MMMC半实物模拟仿真平台和10kVA MMC和MMMC实验平台，实验验证了本项目提出的新理论和新方法的可行性和有效性。本项目在MMC和MMMC的电流控制、电容电压平衡控制、电容电压纹波抑制、“黑启动”等方面取得了一系列研究成果，为进一步开展MMC和MMMC工程应用研究奠定了基础。