哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院的研究人员周少泽、李彬彬等，在第16期《电工技术学报》上撰文指出，模块化多电平换流器（MMC）由于其模块化、易于拓展的结构以及理想的正弦输出波形，在高压直流输电中得到广泛应用。而对于高压变频领域，MMC面临低速下电容电压波动过大的问题。
一种改进型MMC（HMMC）拓扑结构因其良好的波动抑制特性受到关注。详细分析HMMC的电容电压波动特征，推导出其基频及二倍频波动表达式，并在此基础上给出电容的选型方法。此外，从HMMC内部的能量、环流控制到外部的电机驱动方面提出整体的控制方法，高效稳定地实现高压电机的变频调速。通过仿真和实验对所提方法的有效性进行了验证。
随着电力电子技术的发展，模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）在高电压领域受到愈发广泛的关注与应用。但对于变频应用，MMC子模块电容上的电压波动会随着运行频率的降低而增大，理论上在频率接近零时电容电压波动趋于无穷大。为实现电机从零速起动，MMC不得不选取更高耐压等级或更大容量的电容器，增加了模块成本和体积。
国内外的专家学者针对MMC电容电压波动抑制技术进行了深入的研究。比如提出将相邻桥臂的子模块电容通过隔离的双向变换器相连，在桥臂间构建了新的功率通道，实现电容电压波动抑制。但是该方法显著增加了功率器件的数量，且双向变换器面临着高压绝缘问题。
有学者提出采用全桥MMC背靠背连接，通过降低直流母线电压减小桥臂吸收的能量，实现电容电压波动的抑制，但全桥MMC在成本和效率上不占优势。目前最广泛采用的电容电压波动抑制方案是高频注入法，该方法通过在MMC桥臂上注入一个高频环流、同时在交流输出电压中注入高频共模电压，两者在上下桥臂间构建新的功率通道，实现电容电压波动抑制。但注入的环流增大了桥臂电流应力，开关器件的损耗加剧。
此外，注入的高频共模电压会对电机带来严重的绝缘与轴电流问题，甚至会损坏电机轴承，危害电机的使用寿命。对此，有的研究提出通过加入额外的桥臂为高频的共模电压和环流提供通路，避免共模电压作用在电机上，但这种方法所需的开关器件约为传统MMC的1.5倍，显著增加成本。
也有研究提出一种改进型MMC（Hybrid MMC, HMMC）拓扑，该拓扑在MMC直流侧串联一个可控开关，通过斩波的方式等效降低直流母线电压，实现电容电压波动抑制。由于避免了注入高频环流和共模电压，HMMC既不会额外增加桥臂电流应力，也不会对电机的绝缘和轴承带来危害，是一个极具竞争力高压变频方案。
本文进一步详细分析了HMMC电容电压波动特征并给出电容的选型方法，提出了HMMC的变频控制方法。最后，通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。
结论
本文介绍了一种适用于高压变频的改进型模块化多电平拓扑结构（HMMC），推导了其电容电压波动的准确表达式，提出了电容的选型方法。此外，本文系统地提出了HMMC的控制方法，实现了串联开关的零电流关断以及电机的变频调速。仿真和实验对上述内容进行了验证。
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