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2.2：两电平换流器的单相输出波形 二极管箝位性三电平换流器如图2.3所示。三相换流器通常公用直流电容器。三电平换流器每相可以输出三个电平，也是通过PWM逼近正弦波的。
图2.3 二极管箝位型三电平换流器的基本结构 图2.4 三电平换流器的单相输出波形 模块化多电平换流器（MMC）的桥臂不是由多个开关器件直接串联构成的，而是采用了子模块（Sub-Module，SM）级联的方式。 图2.5 模块化多电平换流器（MMC）的基本结构
2.6：MMC单个子模块（SM）的结构 MMC的每个桥臂由N个子模块和一个串联电抗器Lo组成，同相的上下两个桥臂构成一个相单元，如图2.5所示。MMC的子模块一般采用半个H桥结构，如图2.6所示。其中，uc为子模块电容电压，usm和ism分别为单个子模块的输出电压和电流。MMC的单相输出电压波形如图2.7所示。可见，MMC的工作原理与两电平和三电平换流器不同，它不是采用PWM来逼近正弦波，而是采用阶梯波的方式来逼近正弦波。 图2.7 MMC的单相输出电压波形 1、相对于两电平和三电平换流器拓扑结构，MMC拓扑结
构具有以下几个明显优势：
（1）制造难度下降：不需要采用基于IGBT直接串联而构成的阀，这种阀在制造上有相当的难度，只有离散性非常小的IGBT才能满足静态和动态均压的要求，一般市售的IGBT是难以满足要求的。因而MMC拓扑结构大大降低了制造商进入柔性直流输电领域的技术门槛。
（2）损耗成倍下降：MMC拓扑结构大大降低了IGBT的开关频率，从而使换流器的损耗成倍下降。因为MMC拓扑结构采用阶梯波逼近正弦波的调制方式，理想情况下，一个工频周期内开关器件只要开关2次，考虑了电容电压平衡控制和其他控制因素后，开关器件的开关频率通常不超过150Hz，这与两电平和三电平换流器拓扑结构开关器件的开关频率在1kHz以上形成了鲜明的对比。
（3）阶跃电压降低：由于MMC所产生的电压阶梯波的每个阶梯都不大，MMC桥臂上的阶跃电压和阶跃电流都比较小，从而使得开关器件承受的应力大为降低，同时也使产生的高频辐射大为降低，容易满足电磁兼容指标的要求。
（4）波形质量高：由于MMC通常电平数很多，所输出的电压阶梯波已非常接近于正弦波，波形质量高，各次谐波含有率和总谐波畸变率已能满足相关标准的要求，不需要安装交流滤波器。
（5）故障处理能力强：由于MMC的子模块冗余特性，使
得故障的子模块可由冗余的子模块替换，并且替换过程不需要停电，提高了换流器的可靠性；另外，MMC的直流侧没有高压电容器组，并且桥臂上的Lo与分布式的储能电容器相串联，从而可以直接限制内部故障或外部故障下的故障电流上升率，使故障的清除更加容易。
2、当然，MMC拓扑结构与两电平或三电平换流器拓扑结构相比，也有不足的地方：
（1）所有器件数量多：对于同样的直流电压，MMC采用的开关器件数量较大，约为两电平换流器拓扑结构的2倍。
（2）MMC虽然避免了两电平和三电平换流器拓扑结构必须采用IGBT直接串联阀的困难，但却将技术难度转移到了控制方面，主要包括子模块电容电压的均衡控制以及各桥臂之间的环流控制。
（二）MMC的工作原理
MMC子模块具有如下三种工作模式
表中对于表2.1进行分析可得表2.2，表中对于T1、T2、D1和D2，开关状态1对应导通，0对应关断。从表2.2可以看出，对应每一个模式，T1、T2、D1和D2中有且仅有1个管子处于导通状态。因此可以认为，SM进入稳态模式后，有且仅有1个管子处于导通状态，其余3个管子都处于关断状态。另一方面，若将T1与D1、T2与D2分别集中起来作为开关S1和S2看待，那么对应投入状态，S1是导通的，电流可以双向流动，