CN102437575B - 一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器 - Google Patents

Abstract

一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器，由三个电能质量调节子模块、三个单相串联侧滤波模块、三个单相并联侧滤波模块、三个反并联晶闸管组合而成；三个电能质量调节子模块的串联侧分别与对应的三个单相串联侧滤波模块连接然后串联接入电网，三个电能质量调节子模块的并联侧连接成三角形式，与三个单相并联侧滤波模块连接之后，作为三角形可控电流源并联接入电网；所述的三个电能质量调节子模块的串联侧与并联侧均采用多电平变流拓扑结构。本发明可应用在中高压大功率场合，可消除采用隔离变压器的统一电能质量控制器所存在的磁饱和、相移、浪涌等问题，降低了系统损耗与成本，减小了体积与元器件数量。

Description

一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器

技术领域

本发明涉及一种无隔离变压器结构的中高压三相统一电能质量控制器拓扑结构及其控制方法。

背景技术

随着世界工业化规模的不断扩展，近年来，配电网中，各种整流器、变频调速装置、电弧炉等非线性、冲击性和不平衡性负荷不断增加，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，或者引起电压波动闪变，或者导致电网的三相不平衡现象，此外，系统侧发生的雷击线路、投切电容器组短路、断路等，也给供电质量造成严重干扰。

另一方面，随着现代科学技术的不断发展，计算机技术，通信技术，数字信号处理技术的广泛应用，使得用电设备对电能质量更加敏感不合格供电质量将导致成批的不合格产品出现，特别是在重要工业生产过程中，供电的突然中断将会带来巨大的经济损失。电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标志，控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。

统一电能质量控制器结合了串联补偿设备与并联补偿设备两者的功能，可以同时调节配电网中的电能质量和电压质量。在中高压配电网统一电能质量控制器方面，国内外的研究尚都处于起步阶段，相关专利文献较少，其主要原因是适用于中高压UPQC的back-to-back结构的中高压大功率变流器可供选择方案较少。

文献一为由B.Han、B.Bae、S.Baek、G.Jang发表在2006年3期《Power Delivery》上的论文《New configuration of UPQC for medium-voltage application》主要公开了一种基于级联H桥的中高压统一电能质量控制器拓扑结构，串联侧级联之后直接串入主电路，并联侧每个子单元输出经过隔离变压器后并联接入主电路。但是这种结构由于并联侧采用了隔离变压器，不仅会大大增加系统的体积和成本，而且也会带来变压器磁饱和、浪涌电流、相移等多方面问题，影响系统性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有中高压统一电能质量控制器必须采用在串联侧或者并联侧隔离变压器，从而增加成本、体积和结构复杂等缺点，提出一种三相无隔离环节的中高压统一电能质量控制器。

为达到上述发明目的，本发明提供一种基于多电平变流拓扑的中高压三相统一电能质量控制器拓扑结构。本发明由三个结构相同的电能质量调节子模块、三个单相串联侧滤波模块、三个单相并联侧滤波模块，以及三个反并联晶闸管组合而成。

三个电能质量调节子模块的串联侧分别与对应的三个单相串联侧滤波模块连接然后串联接入电网，三个电能质量调节子模块的并联侧并联侧相互呈三角形连接，与三个单相并联侧滤波模块连接之后，作为三角形可控电流源与电网并联。具体连接方式如下：三个电能质量调节子模块中均引出三个引出端子：串联侧第一引出端子、串联侧第二引出端子，以及并联侧引出端子。三个电能质量调节子模块的串联侧经过滤波器直接并入电网，三个电能质量调节子模块的并联侧采用delta接线方式，之后再与电网负载侧连接，具体连接方式如下：第一电能质量调节子模块串联侧第一引出端子、第一电能质量调节子模块串联侧第二引出端子与A相串联侧滤波器的两个输入端子连接，A相串联侧滤波器的两个输出端子与A相反并联晶闸管的两端连接，A相反并联晶闸管的一端与A相电网电源侧第一接入点连接，A相反并联晶闸管的另一端与A相电网电源侧第二接入点连接。第一电能质量调节子模块的并联侧引出端子与B相并联侧滤波器的输入端子连接，B相并联侧滤波器的输出端子与电网B相负载侧接入点连接。第二电能质量调节子模块串联侧第一引出端子、第二电能质量调节子模块串联侧第二引出端子与B相串联侧滤波器的两个输入端端子连接，B相串联侧滤波器的两个输出端子与B相反并联晶闸管的两端连接，B相反并联晶闸管的一端与B相电网电源侧第一接入点连接，B相反并联晶闸管的另一端与B相电网电源侧第二接入点连接。第二电能质量调节子模块的并联侧引出端子与C相并联侧滤波器的输入端子连接，C相并联侧滤波器的输出端子与电网C相负载侧接入点连接。第三电能质量调节子模块串联侧第一引出端子、第三电能质量调节子模块串联侧第二引出端子与C相串联侧滤波器的两个输入端端子连接，C相串联侧滤波器的两个输出端子与C相反并联晶闸管的两端连接，C相反并联晶闸管的一端与C相电网电源侧第一接入点连接，C相反并联晶闸管的另一端与C相电网电源侧第二接入点连接。第三电能质量调节子模块的并联侧引出端子与A相并联侧滤波器的输入端子连接，A相并联侧滤波器的输出端子与电网A相负载侧接入点连接。

所述的电能质量调节子模块由直流母线、串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂组成。所述的三个电能质量调节子模块的串联侧与并联侧均采用多电平变流拓扑结构。串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂与直流母线并联，具体连接方式如下：串联侧单相桥臂的第一引出端子、并联侧单相桥臂第一引出端子与正直流母线连接；串联侧单相桥臂的第二引出端子、并联侧单相桥臂第二引出端子与负直流母线连接。

所述的单相桥臂由两个缓冲电感和两个单相多电平变流半桥臂串联组成。串联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为串联侧单相桥臂的第一引出端子引出，串联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端与串联侧第一缓冲电感的一端连接，串联侧第一缓冲电感的另一端与串联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块串联侧第一引出端子。串联侧第二缓冲电感的另一端与串联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，串联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为串联侧单相桥臂的第二引出端子引出。

所述的直流母线由直流母线第一电容与直流母线第二电容串联组成。直流母线第一电容的阳极作为正直流母线引出，直流母线第一电容的阴极与直流母线第二电容的阳极连接，连接点作为电能质量调节子模块串联侧第二引出端子。直流母线第二电容的阴极作为负直流母线引出。

并联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为并联侧单相桥臂的第一引出端子引出，并联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端与并联侧第一缓冲电感的一端连接，并联侧第一缓冲电感的另一端与并联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块并联侧引出端子。并联侧第二缓冲电感的另一端与并联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，并联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为并联侧单相桥臂的第二引出端子引出。

单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂可以都采用功率子单元级联的组成方式，也可以都采用功率子单元级联与全控开关管串联模块串联结合的方式。

单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联的组成方式时，功率子单元具体级联方式为：所述的第一功率子单元的第一引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端。第一功率子单元的第二引出端子与第二功率子单元的第一引出端子连接，所述的第二功率子单元的第二引出端子与第三功率子单元的第一引出端子连接，以此类推，第N-1个H全桥功率子单元的第二引出端子与第N功率子单元的第一引出端子连接，第N功率子单元的第二引出端子作为多电平变流半桥臂另一个连接端；

单相第一多电平变流桥臂与单相第二多电平变流桥臂都采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联的组成方式时，具体连接方式为：所述的功率子单元级联模块第一引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端，所述的功率子单元级联模块第二引出端子与全控开关管串联模块第一引出端子连接，全控开关管串联模块的第二引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端。

所述的功率子单元级联模块由n个功率子单元级联组成，n为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：所述的功率子单元级联模块第一功率子单元的第一引出端子作为所述的功率子单元级联模块第一引出端子。功率子单元级联模块第一功率子单元的第二引出端子与功率子单元级联模块第二功率子单元的第一引出端子连接，所述的功率子单元级联模块第二功率子单元的第二引出端子与功率子单元级联模块第三功率子单元的第一引出端子连接，以此类推，功率子单元级联模块第N-1个H全桥功率子单元的第二引出端子与功率子单元级联模块第N功率子单元的第一引出端子连接，功率子单元级联模块第N功率子单元的第二引出端子作为功率子单元级联模块的第二引出端子。

所述的全控开关管串联模块由m个绝缘栅双极晶体管串联组成，m为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：第一绝缘栅双极晶体管的集电极作为绝缘栅双极晶体管模块的第一引出端子，第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接，第二绝缘栅双极晶体管的发射极与第三绝缘栅双极晶体管得集电极连接，以此类推，第m-1绝缘栅双极晶体管的发射极与第m绝缘栅双极晶体管的集电极连接，第m绝缘栅双极晶体管的发射极作为绝缘栅双极晶体管串联模块的第二引出端子。所述的绝缘栅双极晶体管可以由其他全控性器件代替，例如IGCT，GTO，IGET等。

所述的功率子单元级联模块与全控开关管串联模块的位置互换与上述连接形式等效。所述的功率子单元可以为全桥功率子单元，也可以为半桥功率子单元。

所述的全桥功率子单元由四个IGBT组成H桥型电路与悬浮电容并联组成。具体连接方式如下：全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管的发射极与全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第一引出端；全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第二引出端子；全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管的集电极与全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接后与全桥功率子单元悬浮电容的阳极连接；全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管的发射极连接后与全桥功率子单元悬浮电容的阴极连接，如此组成全桥功率子单元。

所述的半桥子单元由两个IGBT串联之后与悬浮电容并联组成。具体连接方式如下：半桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管的发射极与半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接，此连接点作为半桥功率子单元的第一引出端子，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管的集电极与半桥功率子单元悬浮电容的阳极连接，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管的发射极与半桥子单元悬浮电容的阴极连接，并将连接点引出作为半桥功率子单元的第二引出端子。

本发明的控制方法如下所述：当电网电压没有发生跌落时，每相的反并联晶闸管导通，各电能质量调节子模块串联侧不接入电网，当检测到电压跌落信号时，所述的第一电能质量调节子模块串联侧、第二电能质量调节子模块串联侧、第三电能质量调节子模块串联侧控制策略相同，每个电能质量调节子模块串联侧给定信号为对应相电网电压跌落值，即对应相电网电源侧发生跌落之后的电网电源侧检测电压与对应相电网电源侧给定电压的比值。表达式为：

式中f(t)为单相电能质量调节子模块串联侧桥臂给定信号，U_给定为对应相电网电源侧给定电压，U_跌落为对应相发生跌落之后的电网电源侧检测电压。

当所述的电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂与第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联的方案时，串联侧桥臂控制方式如下：

各电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂的功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号相同，表达式为：

V_tiaozhi＝1-|f(t)|        (f(t)＞0)

V_tiaozhi＝1               (f(t)＜0)

式中，f(t)为单相电能质量调节子模块串联侧桥臂给定信号，每相串联侧第二多电平变流半桥臂的功率子单元级联模块各全桥功率子单元的调制信号相同，表达式为：

V_tiaozhi＝1          (f(t)＞0)

V_tiaozhi＝1-|f(t)|   (f(t)＜0)

式中，f(t)为单相电能质量调节子模块串联侧桥臂给定信号，各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为串联侧桥臂功率子单元数目。所述的串联侧第一桥臂波形导向部分驱动信号与所述的串联侧第二桥臂波形导向部分驱动信号频率相同，相位相反。当f(t)＞0时，单相电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全控开关管全部导通，单相电能质量调节子模块串联侧第二多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全控开关管全部关断。当f(t)＜0时，单相电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全控开关管全部关断，单相电能质量调节子模块串联侧第二多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全控开关管全部导通。

当所述的电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂与第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联模块的方案时，串联侧桥臂控制方式如下：

各电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂的功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号相同，表达式为：

V_tiaozhi＝f(t)

式中，f(t)为单相电能质量调节子模块串联侧桥臂给定信号，各电能质量调节子模块串联侧第二多电平变流半桥臂的功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号相同，表达式为：

V_tiaozhi＝-f(t)

式中，f(t)为单相电能质量调节串联侧桥臂给定信号，各全桥功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为所述的串联侧桥臂全桥功率子单元数目。

当所述的单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联与全控开关管串联结合的方式。控制方法如下：

所述的第一电能质量调节子模块并联侧、第二电能质量调节子模块并联侧、第三电能质量调节子模块并联侧作为三角形三相可控电流源的进行控制，给定信号由以下方法求得：检测负载侧谐波以及无功电流信号并取反即为需要补偿的电流信号，设为i_a、i_b、i_c。由于三相并联侧单元采用delta接线方式之后再与主电路连接。第一电能质量调节子模块并联侧引出端子、第二电能质量调节子模块并联侧引出端子、第三电能质量调节子模块并联侧引出端子的输出电流i_ab、i_bc、i_ca与需要补偿的电流信号存在以下关系：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -1\\ -1& 1& 0\\ 0& -1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ab}}\\ i_{\mathrm{bc}}\\ i_{\mathrm{ca}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

由上述方程可以看出系数矩阵不满秩，有无穷多个解。任取其中一组解即为对应三相并联侧单元输出电流的给定值。

将并联侧每相输出电流的给定值与该相的输出电流的反馈值比较，误差经过PI调节器输出调制信号g₁(t)、g₂(t)、g₃(t)。

各驱动信号产生过程如下，以单相为例，单相调制信号为g(t)，所述的功率子单元级联模块控制策略基于载波移相PWM技术，则当g(t)＞0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1-|g(t)|      (g(t)＞0)

V_tiaozhi2＝1         (g(t)＜0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。

电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断。

当g(t)＜0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1         (g(t)＞0)

V_tiaozhi2＝1-|g(t)|  (g(t)＜0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为电能质量调节子模块并联侧桥臂功率子单元数目。

电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通。

当所述的单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联的方式。控制方法如下：

所述的第一电能质量调节子模块并联侧、第二电能质量调节子模块并联侧、第三电能质量调节子模块并联侧作为三角形三相可控电流源的进行控制，给定信号由以下方法求得：

检测负载侧谐波以及无功电流信号并取反即为需要补偿的电流信号，设为i_a、i_b、i_c。由于三相并联侧单元采用delta接线方式之后再与主电路连接。第一电能质量调节子模块并联侧引出端子、第二电能质量调节子模块并联侧引出端子、第三电能质量调节子模块并联侧引出端子的输出电流i_ab、i_bc、i_ca与需要补偿的电流信号存在以下关系：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -1\\ -1& 1& 0\\ 0& -1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ab}}\\ i_{\mathrm{bc}}\\ i_{\mathrm{ca}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

由上述方程可以看出系数矩阵不满秩，有无穷多个解。任取其中一组解即为对应三相并联侧单元输出电流的给定值。

将并联侧每相输出电流的给定值与该相的输出电流的反馈值比较，误差经过PI调节器输出调制信号g₁(t)、g₂(t)、g₃(t)。

各驱动信号产生过程如下，以单相为例，单相调制信号为g(t)，所述的功率子单元级联模块控制策略基于载波移相PWM技术，则电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi＝g(t)

V_tiaozhi2＝-g(t)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。

各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为电能质量调节子模块并联侧桥臂功率子单元数目。

本发明的优点：

a.与现有技术的中高压统一电能质量控制器相比，没有引入串联侧或并联侧隔离变压器以及其他隔离环节，同时无需采用变压器升压，可直接接入10kV及以上中高压电压等级配电网，避免了采用变压器带来的一系列问题，使系统结构简单、体积减小、成本降低；

b.每相的直流储能单元为串联侧与并联侧共用，保证了串联侧与并联之间的能量流动；

c.本发明串联侧与并联侧都采用了多电平变流技术，波形产生部分的IGBT基于移相载波控制策略，降低了开关频率。

d.单相多电平变流桥臂可以采取多种方案，采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联方案时，全控开关管串联模块仅在给定信号过零的时候切换开关状态，开关频率大大降低。减少了系统损耗；

e.该拓扑结构拓展简单，可通过增加单相多电平变流桥臂中功率子单元的级联数量扩展应用电压等级；

f.整个拓扑结构采用的都为低压常规部件，器件购买容易，制造难度较小，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明采用功率子单元级联方案的单相多电平变流半桥臂结构示意图；

图3为本发明采用功率子单元级联与全控开关管串联方案的单相多电平变流半桥臂示意图；

图4为本发明采用全桥结构的功率子单元结构示意图；

图5为本发明采用半桥结构的功率子单元结构示意图；

图6为本发明实施例1的电路连接原理图；

图7为本发明实施例1中功率子单元的电路原理图；

图8为本发明具体调制信号产生控制框图；

图9为本发明采用功率子单元级联模块和全控开关管串联模块串联方案时的驱动信号产生控制框图；

图10为本发明采用功率子单元级联模块方案时驱动信号产生控制框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种基于多电平变流技术的中高压无变压器结构统一电能质量控制器的结构示意图，本发明的拓扑结构包括：三个结构相同的电能质量调节子模块、三个单相串联侧滤波模块、三个单相并联侧滤波模块、三个反并联晶闸管。三个电能质量调节子模块的串联侧与对应的三个单相串联侧滤波模块连接然后串联接入电网，三个电能质量调节子模块的并联侧连接成三角形式，与三个单相并联侧滤波模块连接之后，作为三角形可控电流源并联接入电网。三个电能质量调节子模块的串联侧与并联侧均采用多电平变流拓扑结构。

具体电路连接形式如下：

第一电能质量调节子模块串联侧第一引出端子101、第一电能质量调节子模块串联侧第二引出端子102与A相串联侧滤波器的两个输入端103、104连接，A相串联侧滤波器的两个输出端与A相反并联晶闸管的两端105、106连接，A相反并联晶闸管的一端105与A相电网电源侧第一接入点连接，A相反并联晶闸管的另一端105与A相电网电源侧第二接入点连接。第一电能质量调节子模块的并联侧引出端子107与B相并联侧滤波器的输入端子108连接，B相并联侧滤波器的输出端子109与电网B相负载侧接入点连接。第二电能质量调节子模块串联侧第一引出端子111、第二电能质量调节子模块串联侧第二引出端子112与B相串联侧滤波器的两个输入端113、114连接，B相串联侧滤波器的两个输出端与B相反并联晶闸管的两端115、116连接，B相反并联晶闸管的一端115与B相电网电源侧第一接入点连接，B相反并联晶闸管的另一端116与B相电网电源侧第二接入点连接。第二电能质量调节子模块的并联侧引出端子117与C相并联侧滤波器的输入端子118连接，C相并联侧滤波器的输出端119与电网C相负载侧接入点连接。第三电能质量调节子模块串联侧第一引出端子121、第三电能质量调节子模块串联侧第二引出端子122与C相串联侧滤波器的两个输入端123、124连接，C相串联侧滤波器的两个输出端与C相反并联晶闸管的两端125、126连接，C相反并联晶闸管的一端125与C相电网电源侧第一接入点连接，C相反并联晶闸管的另一端126与C相电网电源侧第二接入点连接。第三电能质量调节子模块的并联侧引出端子127与A相并联侧滤波器的输入端128连接，A相并联侧滤波器的输出端129与电网A相负载侧接入点连接。

所述的电能质量调节子模块由直流母线、串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂组成。串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂与直流母线并联，具体连接方式如下：串联侧单相桥臂的第一引出端子131、并联侧单相桥臂第一引出端子132与正直流母线连接；串联侧单相桥臂的第二引出端子133、并联侧单相桥臂第二引出端子134与负直流母线连接。

所述的串联侧单相桥臂和并联侧单相桥臂均由两个缓冲电感串联后再和两个单相多电平变流半桥臂串联组成。

串联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为串联侧单相桥臂的第一引出端子131引出，串联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端135与串联侧第一缓冲电感的一端连接，串联侧第一缓冲电感的另一端136与串联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块串联侧第一引出端子101。串联侧第二缓冲电感的另一端137与串联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，串联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为串联侧单相桥臂的第二引出端子133引出。所述的串联侧单相第一多电平变流半桥臂可以与串联侧第一缓冲电感位置互换，所述的串联侧单相第二多电平变流半桥臂可以与串联侧第二缓冲电感位置互换，不影响本发明的实现。

所述的直流母线由直流母线第一电容C1与直流母线第二电容C2串联组成。直流母线第一电容C1的阳极作为正直流母线P1引出，直流母线第一电容C1的阴极与直流母线第二电容C2的阳极连接，连接点作为电能质量调节子模块串联侧第二引出端子。直流母线第二电容C2的阴极作为负直流母线N1引出。

并联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为并联侧单相桥臂的第一引出端子132引出，并联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端145与并联侧第一缓冲电感的一端连接，并联侧第一缓冲电感的另一端146与并联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块并联侧引出端子107。并联侧第二缓冲电感的另一端147与并联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，并联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为并联侧单相桥臂的第二引出端子143引出。所述的并联侧单相第一多电平变流半桥臂可以与并联侧第一缓冲电感位置互换，所述的并联侧单相第二多电平变流半桥臂可以与并联侧第二缓冲电感位置互换，不影响本发明的实现。

单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂可以都采用功率子单元级联的组成方式，也可以都采用功率子单元级联与全控开关管串联模块串联结合的方式。

单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂可以都采用功率子单元级联的组成方式，如图2所示，功率子单元具体级联方式为：所述的第一功率子单元的第一引出端子1作为多电平变流半桥臂的一个连接端0。第一功率子单元的第二引出端子2与第二功率子单元的第一引出端子3连接，所述的第二功率子单元的第二引出端子与第三功率子单元的第一引出端子连接，以此类推，第N-1个H全桥功率子单元的第二引出端子与第N功率子单元的第一引出端子4连接，第N功率子单元的第二引出端子5作为多电平变流半桥臂另一个连接端；

单相第一多电平变流桥臂与单相第二多电平变流桥臂可以都采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联的组成方式，如图3所示，具体连接方式为：所述的功率子单元级联模块第一引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端19，所述的功率子单元级联模块第二引出端子与全控开关管串联模块第一引出端子17连接，全控开关管串联模块的第二引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端18。

所述的功率子单元级联模块由n个功率子单元级联组成，n为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：所述的功率子单元级联模块第一功率子单元的第一引出端子10作为所述的功率子单元级联模块第一引出端子。功率子单元级联模块第一功率子单元的第二引出端子11与功率子单元级联模块第二功率子单元的第一引出端子12连接，所述的功率子单元级联模块第二功率子单元的第二引出端子13与功率子单元级联模块第三功率子单元的第一引出端子13连接，以此类推，功率子单元级联模块第N-1个H全桥功率子单元的第二引出端子14与功率子单元级联模块第N功率子单元的第一引出端子连接，功率子单元级联模块第N功率子单元的第二引出端子15作为功率子单元级联模块的第二引出端子。

所述的全控开关管串联模块由m个全控开关管串联组成，m为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：第一绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极作为绝缘栅双极晶体管模块的第一引出端子，第一绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接，第二绝缘栅双极晶体管的发射极与第三绝缘栅双极晶体管得集电极连接，以此类推，第m-1绝缘栅双极晶体管的发射极与第m绝缘栅双极晶体管IGBTm的集电极连接，第m绝缘栅双极晶体管IGBTm的发射极作为绝缘栅双极晶体管串联模块的第二引出端子。所述的绝缘栅双极晶体管可以由其他全控性器件代替，例如IGCT，GTO，IGET等。

所述的功率子单元级联模块与全控开关管串联模块的位置互换与上述连接形式等效。

所述的全桥功率子单元如图4所示，由四个IGBT组成H桥型电路与悬浮电容并联组成。具体连接方式如下：全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管IGBTa的发射极与全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管IGBTc的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第一引出端21；全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管IGBTb的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管IGBTd的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第二引出端子22；全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管IGBTa的集电极与全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管IGBTb的集电极连接后与全桥功率子单元悬浮电容C3的阳极连接；全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管IGBTc的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管IGBTd的发射极连接后与全桥功率子单元悬浮电容C3的阴极连接，如此组成全桥功率子单元。

所述的半桥功率子单元如图5所示，由两个IGBT串联之后与悬浮电容并联组成。具体连接方式如下：半桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管IGBTe的发射极与半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管IGBTf的集电极连接，此连接点作为半桥功率子单元的第一引出端子31，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管IGBTe的集电极与半桥功率子单元悬浮电容C4的阳极连接，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管IGBTf的发射极与半桥子单元悬浮电容C4的阴极连接，并将连接点引出作为半桥功率子单元的第二引出端子32。

作为本发明的一种具体实施方式，各电能质量调节子模块并联侧作为三角形连接的可控电流源进行控制。具体控制方式如下：

如图8所示，A相负载电流检测信号、B相负载电流检测信号、C相负载电流检测信号经过abc-dq变换模块，然后i_d经过低通滤波器之后的信号减去i_d本身作为dq-abc变换模块的一个输入，另外一个输入接地，即将i_q无功电流设为零，输出的信号为i_a、i_b、i_c，通过解方程组运算，得出i_ab、i_bc、i_ca即为三个电能质量调节子模块并联侧桥臂输出电流给定值，分别减去对应电能质量调节子模块并联侧桥臂输出电流检测值之后通过PI环节的输出g₁(t)、g₂(t)、g₃(t)。即为三个电能质量调节子模块并联侧的调制信号。

所述的单个电能质量调节子模块串联侧第一多电平变流半桥臂与第二多电平变流半桥臂若采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联的方案，则控制方案如图9所示，单相电能质量调节子模块串联侧桥臂给定调制信号为g(t)，所述的功率子单元级联模块控制策略基于载波移相PWM技术，则当g(t)＞0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1-|g(t)|            (g(t)＞0)

V_tiaozhi2＝1              (g(t)＜0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。

电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断。

当g(t)＜0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1              (g(t)＞0)

V_tiaozhi2＝1-|g(t)|       (g(t)＜0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为电能质量调节子模块并联侧桥臂功率子单元数目。

电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通。

当所述的单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联的方式。则控制方法如图10所示，控制方法如下：

单个电能质量调节子模块的调制信号为g(t)，所述的功率子单元级联模块控制策略基于载波移相PWM技术，则电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi＝g(t)

V_tiaozhi2＝-g(t)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号。

各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为电能质量调节子模块并联侧桥臂功率子单元数目。

图6所示为本发明一种基于多电平变流技术的中高压无变压器结构统一电能质量控制器的具体实施例。该实施例包括：第一电能质量调节子模块串联侧桥臂、第一电能质量调节子模块并联侧桥臂、第一电能质量调节子模块直流母线、第二电能质量调节子模块串联侧桥臂、第二电能质量调节子模块并联侧桥臂、第二电能质量调节子模块直流母线、第三电能质量调节子模块串联侧桥臂、第三电能质量调节子模块并联侧桥臂、第三电能质量调节子模块直流母线。A相反并联晶闸管SCR11、B相反并联晶闸管SCR12、C相反并联晶闸管SCR13、A相串联侧滤波电感L11、A相串联侧滤波电容C11、B相串联侧滤波电感L12、B相串联侧滤波电感C12、C相串联侧滤波电感L13、C相串联侧滤波电感C13、A相并联侧滤波电感L21、B相并联侧滤波电感L22、C相并联侧滤波电感L23。

所述的第一电能质量调节子模块串联侧桥臂第一引出端子与所述的第一电能质量调节子模块并联侧桥臂第一引出端子连接，然后与第一电能质量调节子模块正直流母线P01连接。所述的第一电能质量调节子模块串联侧桥臂第二引出端子与所述的第一电能质量调节子模块并联侧桥臂第二引出端子连接然后与第一电能质量调节子模块负直流母线N01连接。所述的第二电能质量调节子模块串联侧桥臂第一引出端子与所述的第二电能质量调节子模块并联侧桥臂第一引出端子连接然后与第一电能质量调节子模块正直流母线P02连接。所述的第二电能质量调节子模块串联侧桥臂第二引出端子与所述的第二电能质量调节子模块并联侧桥臂第二引出端子连接然后与第二电能质量调节子模块负直流母线N02连接。所述的第三电能质量调节子模块串联侧桥臂第一引出端子与所述的第三电能质量调节子模块并联侧桥臂第一引出端子连接然后与第三电能质量调节子模块正直流母线P03连接。所述的第三电能质量调节子模块串联侧桥臂第二引出端子与所述的第三电能质量调节子模块并联侧桥臂第二引出端子连接然后与第三电能质量调节子模块负直流母线N03连接。

第一电能质量调节子模块串联侧桥臂第三引出端子与A相串联侧LC滤波电路滤波电感L11的一端连接，A相串联侧LC滤波电路滤波电感L11的另一端与A相串联侧LC滤波电路滤波电容C11的阳极连接，并与反并联晶闸管SCR11的一端即电网电源侧第一接入点连接，反并联晶闸管SCR11的另一端与电网电源侧第二接入点连接，并与A相串联侧LC滤波电路滤波电容C11的阴极连接，并与第一电能质量调节子模块直流母线中性点连接。

第二电能质量调节子模块串联侧桥臂第三引出端子与B相串联侧LC滤波电路滤波电感L12的一端连接，B相串联侧LC滤波电路滤波电感L12的另一端与B相串联侧LC滤波电路滤波电容C12的阳极连接，并与反并联晶闸管SCR12的一端即电网电源侧第一接入点连接，反并联晶闸管SCR12的另一端与电网电源侧第二接入点连接，并与B相串联侧LC滤波电路滤波电容C12的阴极连接，并与第二电能质量调节子模块直流母线中性点连接。

第三电能质量调节子模块串联侧桥臂第三引出端子与C相串联侧LC滤波电路滤波电感L13的一端连接，C相串联侧LC滤波电路滤波电感L13的另一端与C相串联侧LC滤波电路滤波电容C13的阳极连接，并与反并联晶闸管SCR13的一端即电网电源侧第一接入点连接，反并联晶闸管SCR13的另一端与电网电源侧第二接入点连接，并与C相串联侧LC滤波电路滤波电容C13的阴极连接，并与第三电能质量调节子模块直流母线中性点连接。

所述的第一电能质量调节子模块并联侧桥臂、第二电能质量调节子模块并联侧桥臂、第三电能质量调节子模块并联侧桥臂采用delta连接形式，即：第一电能质量调节子模块并联侧桥臂第三引出端子与B相并联侧滤波电感L22一端连接，B相负载侧滤波电感L22另一端与B相电网负载侧接入点连接；第二电能质量调节子模块并联侧桥臂第三引出端子与C相并联侧滤波电感L23一端连接，C相负载侧滤波电感L23另一端与C相电网负载侧连接；C相电能质量调节子模块并联侧桥臂第三引出端子与A相并联侧滤波电感L21一端连接，A相负载侧滤波电感L21另一端与A相负载侧连接。

所述的第一电能质量调节子模块直流母线、第二电能质量调节子模块直流母线、第三电能质量调节子模块直流母线都是由两个相同的储能电容模块串联组成，连接形式如下：每相第一储能电容模块的阳极引出作为对应相正直流母线，每相第一储能电容模块的阴极与每相第二储能电容模块的阳极连接并将连接点引出作为对应相的中性点。

所述的第一电能质量调节子模块串联侧桥臂、第一电能质量调节子模块并联侧桥臂、第二电能质量调节子模块串联侧桥臂、第二电能质量调节子模块并联侧桥臂、第三电能质量调节子模块并联侧桥臂、第三电能质量调节子模块串联侧桥臂结构相同，全部采用基于混合多电平技术的单相桥臂拓扑结构。

所述的单相桥臂拓扑结构的连接形式如图2所示，包括：第一多电平变流半桥臂、第二多电平变流半桥臂、第一缓冲电感、第二缓冲电感。第一多电平变流半桥臂的第一引出端子作为单相桥臂第一引出端子，第一多电平变流半桥臂的第二引出端子与第一缓冲电感的一端连接，第一缓冲电感的另一端与第二缓冲电感的一端连接，连接点作为单相桥臂的第三引出端子，第二缓冲电感的另一端与第二多电平变流半桥臂的第一引出端子连接，第二多电平变流半桥臂的第二引出端子作为单相桥臂的第二引出端子。

第一多电平变流半桥臂与第二多电平变流半桥臂都由功率子单元级联模块与全控开关管串联模块组成，具体连接方式如下：

第一功率子单元的第一输出端子作为第一多电平变流半桥臂的第一引出端子，第一功率子单元的第二输出端子与第二功率子单元的第一输出端子连接，第二功率子单元的第二输出端子与第三功率子单元的第一输出端子连接，以此类推，第n-1功率子单元的第二输出端子与第n功率子单元的第一输出端子连接，如此组成了功率子单元级联模块。第n功率子单元的第二输出端子与第一门极可关断晶闸管阳极连接，第一门极可关断晶闸管阴极与第二门极可关断晶闸管阳极连接，第二门极可关断晶闸管阴极与第三门极可关断晶闸管阳极连接，以此类推，第m-1个门极可关断晶闸管阴极与第m个门极可关断晶闸管阳极连接，如此组成了全控开关管串联模块，第m个门极可关断晶闸管阴极作为第一多电平变流半桥臂的第二引出端子。

第m+1个门极可关断晶闸管的阳极作为第二多电平变流半桥臂的第一引出端子，第m+1个门极可关断晶闸管的阴极与第m+2个门极可关断晶闸管的阳极连接，以此类推，第2m-1个门极可关断晶闸管的阴极与第2m个门极可关断晶闸管的阳极连接，如此组成了全控开关管串联模块，第2m个门极可关断晶闸管的阴极与第n+1功率子单元的第一输出端子连接，第n+1功率子单元的第二输出端子与n+2功率子单元的第一输出端子连接，以此类推，第2n-1功率子单元的第二输出端子与第2n功率子单元的第一输出端子连接，如此组成了功率子单元级联模块，第2n功率子单元的第二输出端子作为第二多电平变流半桥臂的第二引出端子。

所述的全桥功率子单元电路原理图如图3所示。第一绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极与第二绝缘栅双极晶体管IGBT12的集电极连接然后与悬浮电容C0的阳极连接，第三绝缘栅双极晶体管IGBT13的发射极与第四绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极连接然后与悬浮电容C0的阴极连接。

功率子单元采用如图7所示的全桥功率子单元结构，第一绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极与第四绝缘栅双极晶体管IGBT13的集电极连接并将连接点引出作为全桥功率子单元的第一引出端子，第二绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极与第三绝缘栅双极晶体管IGBT14的集电极连接并将连接点引出作为全桥功率子单元的第二引出端子。

Claims (9)

1.一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的中高压统一电能质量控制器由三个电能质量调节子模块、三个单相串联侧滤波模块、三个单相并联侧滤波模块、三个反并联晶闸管组合而成；三个电能质量调节子模块的串联侧分别与对应的三个单相串联侧滤波模块连接然后串联接入电网，三个电能质量调节子模块的并联侧连接成三角形式，与三个单相并联侧滤波模块连接之后，作为三角形可控电流源并联接入电网；所述的三个电能质量调节子模块的串联侧与并联侧均由两个缓冲电感和两个单相多电平变流半桥臂串联组成；串联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为串联侧单相桥臂的第一引出端子(131)引出，串联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端(135)与串联侧第一缓冲电感的一端连接，串联侧第一缓冲电感的另一端(136)与串联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块串联侧第一引出端子；串联侧第二缓冲电感的另一端(137)与串联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，串联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为串联侧单相桥臂的第二引出端子(133)引出；

并联侧单相第一多电平变流半桥臂的一端作为并联侧单相桥臂的第一引出端子引出，并联侧单相第一多电平变流半桥臂的另一端(145)与并联侧第一缓冲电感的一端连接，并联侧第一缓冲电感的另一端(146)与并联侧第二缓冲电感的一端连接，并将连接点引出作为电能质量调节子模块并联侧引出端子；并联侧第二缓冲电感的另一端(147)与并联侧单相第二多电平变流半桥臂的一端连接，并联侧单相第二多电平变流半桥臂的另一端作为并联侧单相桥臂的第二引出端子(143)引出；

所述的串联侧单相第一多电平变流半桥臂、并联侧单相第一多电平变流半桥臂、串联侧单相第二多电平变流半桥臂和并联侧单相第二多电平变流半桥臂采用功率子单元级联模块与全控开关管串联模块串联的组成方式，具体连接方式为：所述的功率子单元级联模块第一引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端(19)，所述的功率子单元级联模块第二引出端子与全控开关管串联模块第一引出端子(17)连接，全控开关管串联模块的第二引出端子作为多电平变流半桥臂的一个连接端(18)。

2.按照权利要求1所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的三个电能质量调节子模块中的各个子模块引出三个引出端子：串联侧第一引出端子、串联侧第二引出端子和并联侧引出端子；第一电能质量调节子模块串联侧第一引出端子(101)、第一电能质量调节子模块串联侧第二引出端子(102)与A相串联侧滤波器的两个输入端(103、104)连接，A相串联侧滤波器的两个输出端与A相反并联晶闸管的两端(105、106)连接，A相反并联晶闸管的一端(105)与A相电网电源侧第一接入点连接，A相反并联晶闸管的另一端(105)与A相电网电源侧第二接入点连接；第一电能质量调节子模块的并联侧引出端子(107)与B相并联侧滤波器的输入端子(108)连接，B相并联侧滤波器的输出端子(109)与电网B相负载侧接入点连接；第二电能质量调节子模块串联侧第一引出端子(111)、第二电能质量调节子模块串联侧第二引出端子(112)分别与B相串联侧滤波器的两个输入端(113、114)连接，B相串联侧滤波器的两个输出端与B相反并联晶闸管的两端(115、116)连接，B相反并联晶闸管的一端(115)与B相电网电源侧第一接入点连接，B相反并联晶闸管的另一端(116)与B相电网电源侧第二接入点连接；第二电能质量调节子模块的并联侧引出端子(117)与C相并联侧滤波器的输入端(118)连接，C相并联侧滤波器的输出端(119)与电网C相负载侧接入点连接；第三电能质量调节子模块串联侧第一引出端子(121)、第三电能质量调节子模块串联侧第二引出端子(122)与C相串联侧滤波器的两个输入端(123、124)连接，C相串联侧滤波器的两个输出端与C相反并联晶闸管的两端(125、126)连接，C相反并联晶闸管的一端(125)与C相电网电源侧第一接入点连接，C相反并联晶闸管的另一端(126)与C相电网电源侧第二接入点连接；第三电能质量调节子模块的并联侧引出端子(127)与A相并联侧滤波器的输入端(128)连接，A相并联侧滤波器的输出端(129)与电网A相负载侧接入点连接。

3.按照权利要求1所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的电能质量调节子模块由直流母线、串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂组成；串联侧单相桥臂、并联侧单相桥臂与直流母线并联，具体连接方式如下：串联侧单相桥臂的第一引出端子(131)、并联侧单相桥臂第一引出端子(132)与正直流母线连接；串联侧单相桥臂的第二引出端子(133)、并联侧单相桥臂第二引出端子(134)与负直流母线连接。

4.按照权利要求3所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的串联侧单相第一多电平变流半桥臂或与串联侧第一缓冲电感位置互换，所述的串联侧单相第二多电平变流半桥臂或与串联侧第二缓冲电感位置互换；所述的并联侧单相第一多电平变流半桥臂或与并联侧第一缓冲电感位置互换，所述的并联侧单相第二多电平变流半桥臂或与并联侧第二缓冲电感位置互换；

所述的直流母线由直流母线第一电容(C1)与直流母线第二电容(C2)串联组成；直流母线第一电容的阳极作为正直流母线(P1)引出，直流母线第一电容的阴极与直流母线第二电容的阳极连接，连接点作为电能质量调节子模块串联侧第二引出端子；直流母线第二电容的阴极作为负直流母线(N1)引出。

5.按照权利要求4所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：

所述的功率子单元级联模块由n个功率子单元级联组成，n为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：所述的功率子单元级联模块第一功率子单元的第一引出端子(10)作为所述的功率子单元级联模块第一引出端子；功率子单元级联模块第一功率子单元的第二引出端子(11)与功率子单元级联模块第二功率子单元的第一引出端子(12)连接，所述的功率子单元级联模块第二功率子单元的第二引出端子(13)与功率子单元级联模块第三功率子单元的第一引出端子(13)连接，以此类推，功率子单元级联模块第N-1个功率子单元的第二引出端子(14)与功率子单元级联模块第N功率子单元的第一引出端子连接，功率子单元级联模块第N功率子单元的第二引出端子(15)作为功率子单元级联模块的第二引出端子；

所述的全控开关管串联模块由m个绝缘栅双极晶体管串联组成，m为大于等于1的整数，无取值上限，连接方式如下：第一绝缘栅双极晶体管(IGBT1)的集电极作为绝缘栅双极晶体管模块的第一引出端子，第一绝缘栅双极晶体管(IGBT1)的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接，第二绝缘栅双极晶体管的发射极与第三绝缘栅双极晶体管得集电极连接，以此类推，第m-1绝缘栅双极晶体管的发射极与第m绝缘栅双极晶体管(IGBTm)的集电极连接，第m绝缘栅双极晶体管(IGBTm)的发射极作为绝缘栅双极晶体管串联模块的第二引出端子。

6.按照权利要求5所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的绝缘栅双极晶体管由除绝缘栅双极晶体管外的其他全控型器件代替。

7.按照权利要求5所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的功率子单元级联模块与全控开关管串联模块的位置互换。

8.按照权利要求5所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：所述的功率子单元为全桥功率子单元或半桥功率子单元；

所述的全桥功率子单元由四个IGBT组成H桥型电路与悬浮电容并联组成；具体连接方式如下：全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管(IGBTa)的发射极与全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管(IGBTc)的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第一引出端(21)；全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管(IGBTb)的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管(IGBTd)的集电极连接，此连接点作为全桥功率子单元的第二引出端子(22)；全桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管(IGBTa)的集电极与全桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管(IGBTb)的集电极连接后与全桥功率子单元悬浮电容(C3)的阳极连接；全桥功率子单元第三绝缘栅双极晶体管(IGBTc)的发射极与全桥功率子单元第四绝缘栅双极晶体管(IGBTd)的发射极连接后与全桥功率子单元悬浮电容(C3)的阴极连接，如此组成全桥功率子单元；

所述的半桥功率子单元由两个IGBT串联之后与悬浮电容并联组成；具体连接方式如下：半桥功率子单元第一绝缘栅双极晶体管(IGBTe)的发射极与半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管(IGBTf)的集电极连接，此连接点作为半桥功率子单元的第一引出端子(31)，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管(IGBTe)的集电极与半桥功率子单元悬浮电容(C4)的阳极连接，半桥功率子单元第二绝缘栅双极晶体管(IGBTf)的发射极与半桥功率子单元悬浮电容(C4)的阴极连接，并将连接点引出作为半桥功率子单元的第二引出端子(32)。

9.按照权利要求5所述的中高压无变压器结构统一电能质量控制器，其特征在于：当所述的单相第一多电平变流半桥臂与单相第二多电平变流半桥臂都采用功率子单元级联与全控开关管串联结合的方式时，控制方法如下：所述的第一电能质量调节子模块并联侧、第二电能质量调节子模块并联侧、第三电能质量调节子模块并联侧作为三角形三相可控电流源的进行控制，给定信号由以下方法求得：

检测负载侧谐波以及无功电流信号并取反即为需要补偿的电流信号，设为i_a、i_b、i_c；由于三相并联侧单元采用delta接线方式之后再与主电路连接；第一电能质量调节子模块并联侧引出端子、第二电能质量调节子模块并联侧引出端子、第三电能质量调节子模块并联侧引出端子的输出电流i_ab、i_bc、i_ca与需要补偿的电流信号存在以下关系：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -1\\ -1& 1& 0\\ 0& -1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ab}}\\ i_{\mathrm{bc}}\\ i_{\mathrm{ca}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

由上述方程可以看出系数矩阵不满秩，有无穷多个解；任取其中一组解即为对应三相并联侧单元输出电流的给定值；

将并联侧每相输出电流的给定值与该相的输出电流的反馈值比较，误差经过PI调节器输出调制信号g₁(t)、g₂(t)、g₃(t)；

各模块IGBT驱动信号产生方式如下：以单相驱动为例，调制信号为g(t)；波形产生部分控制策略基于载波移相PWM技术，则前半个周期电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1-|g(t)|       (g(t)>0)

V_tiaozhi2＝1          (g(t)<0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号；

后半个周期电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂与电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号表达式如下：

V_tiaozhi1＝1         (g(t)>0)

V_tiaozhi2＝1-|g(t)|     (g(t)<0)

式中，V_tiaozhi1为绝缘栅单相第一多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元的调制信号，V_tiaozhi2为绝缘栅单相第二多电平变流半桥臂功率子单元级联模块各功率子单元调制信号；各功率子单元载波为频率相同，最高点为1、最低点为0的等腰三角形信号，相位互差2π/n，n为电能质量调节子模块并联侧桥臂功率子单元数目；所述的电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块驱动信号与所述的电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂全控开关管串联模块驱动信号频率相同，相位相反；当g(t)>0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通，电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断；当g(t)<0时，电能质量调节子模块并联侧单相第一多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部关断，电能质量调节子模块并联侧单相第二多电平变流半桥臂全控开关管串联模块全部导通。