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模块化多电平变换器(Modular Multilevel Convert, MMC)由于其模块化的拓扑结构,更适合于应用在高电压大功率场合。MMC应用于直流输电、大功率电机驱动及动态无功补偿等方面的研究已经取得了一系列的成果。近年来研究热点为MMC的环流及电容电压波动问题,但在实际工程应用中非正常工况下MMC的运行也是需要考虑的。所以,本文针对三种非正常工况下MMC运行存在的问题,通过改进现有控制策略来实现MMC在非正常工况下的运行。MMC交流侧非对称工况是交流侧发生故障时需要考虑的问题,交流侧发生单相故障时,MMC的控制将受到影响,通过附加功率平衡控制实现MMC在非对称工况下的对称运行；MMC低频运行是在MMC用于大功率电机驱动时需要考虑的问题,低频工况下电容电压出现较大波动,通过注入高频功率可以抑制波动；MMC直流侧故障工况由于MMC拓扑固有的缺点,子模块将流过较大过电流,对于直流侧输出较低电压的工况,通过提出一种混合型MMC及其控制策略,实现直流侧非正常工况下的正常运行。本文首先总结了MMC非正常工况下控制策略的研究现状,进而分析了典型MMC的拓扑结构及工作原理,基于桥臂电流直接控制分别给出了正常工况下整流侧MMC和逆变侧MMC的多层次电容电压平衡控制策略。其次,本文研究了MMC交流侧非对称工况下的控制策略,分别对整流侧MMC和逆变侧MMC在交流侧非对称工况下应用正常工况控制策略进行了仿真；对整流侧MMC在交流侧非对称工况下提出了两种控制策略改进方案,分析了其原理及实现方法,并通过PSCAD仿真进行了验证。再次,本文研究了MMC带电机低频运行的问题及相应的控制策略,提出通过注入高频功率抑制SM电压电压波动,实现MMC带电机的启动及低频运行,低频运行策略的有效性在PSIM中进行了仿真验证；进一步提出一种异步电机的模拟仿真电路用于实时验证MMC的低频运行控制策略及电机控制策略,对所提模拟仿真电路的有效性在PSIM中进行了仿真验证。最后,本文提出了一种混合型MMC的结构,兼具直流融冰和STATCOM功能,提出了相应的控制策略,既可以用于直流融冰,也可以用于无功补偿,具有较好的控制灵活性；在直流侧发生短路故障情况下,可以有效减小流过开关器件过电流,通过PSCAD仿真实验验证了所提出拓扑及控制策略的有效性。