CN105553314A - 基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构 - Google Patents

基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构 Download PDF

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Abstract

基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，涉及一种新型的模块化多电平换流器拓扑技术。本发明是为了解决传统模块化多电平换流器电容电压波动幅值大、电容的容量大、功率密度低、所需模块数较多、驱动电机低频工作时电容电压波动大的问题。本发明在传统由两电平子模块组成的模块化多电平换流器拓扑上、下各串联三个三电平子模块，并添加三个两电平的中间子模块。该拓扑输出电压的电平数更多，电容电压波动更小，电容容量更小，所需的子模块数更少，更适合运用于中/高压电机驱动。

Description

基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种新型的模块化多电平换流器拓扑技术。
背景技术
如今高压大功率电机驱动已成为全球工业界的一项技术难点，传统基于移相变压器的级联H桥结构虽然能输出高质量的正弦电压和电流，但由于移相变压器加工复杂，随着电压等级和级联H桥子模块数的增加以至于无法生产出满足要求的移相变压器，从而限制了工业应用中电机电压和功率等级的进一步提升。
模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)作为一种新型的高压大功率电能变换技术，已日益获得了各国研究人员的普遍关注。它不仅不再需要移相变压器的辅助，还具有如下明显优势：
(1)、制造难度降低：不需要基于IGBT串联而构成的阀，降低了制造技术门槛；
(2)、损耗降低：模块化多电平换流器的开关频率成倍降低，换流器损耗大大减小；
(3)、阶跃电压降低：由于模块化多电平换流器的阶梯电压较小，因而产生的阶跃电压和阶跃电流都较小，从而器件的开关应力和电磁干扰都大大减小；
(4)、波形质量高：由于模块化多电平换流器输出电压的电平数较多，波形质量高，含有谐波量少，因而滤波器的体积也随之大大减小；
(5)、模块化的结构：模块化多电平换流器模块化的结构使得该拓扑理论上能达到任意的电压和功率要求，降低制造和维护成本。
但是，模块化多电平换流器电容电压波动的幅值与频率成反比，当工作频率降低时，电容电压的波动幅值将显著增大，以至于模块化多电平换流器在低频状态下很难应用。而也正是由于低频下电容电压波动较大的问题难以解决，至今为止还很少有用模块化多电平换流器在中/高压电机驱动方面的应用范例。
郑琼林等人的专利《模块组合型多电平换流器》(公开号CN101546964A)提出了对模块化多电平拓扑的改进，但仅仅针对功率不平衡的问题改进了顶端和底端的功率模块，没有针对如何减少换流器模块数、如何降低电容电压波动幅值、如何降低电容的容量、如何提高功率密度以及如何降低成本等问题来进一步改进模块化多电平换流器的拓扑。
徐殿国等人的专利《一种新型模块化多电平换流器拓扑》(公开号CN103986358A)提出了对模块化多电平拓扑的进一步改进，设计加入了中间子模块，但该拓扑的电容电压波动仍较大，直接应用到中/高压电机驱动场合仍存在问题，因此需进一步降低电容电压波动。
发明内容
本发明是为了解决传统模块化多电平换流器电容电压波动幅值大、电容的容量大、功率密度低、所需模块数较多、驱动电机低频工作时电容电压波动大的问题，从而提供一种基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构。
基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，它包括三个顶端子模块(3L-M1)、三个底端子模块(3L-M5)、三个中间子模块(2L-M3)、3n个两电平普通一号子模块(2L-M2)和3n个两电平普通二号子模块(2L-M4)；n为正整数；
顶端子模块(3L-M1)为中点箝位三电平电路，三个顶端子模块(3L-M1)相互并联构成顶端模块组(7)；
底端子模块(3L-M5)为中点箝位三电平电路，三个底端子模块(3L-M5)相互并联构成底端模块组(9)；
中间子模块(2L-M3)为两电平结构，三个中间子模块(2L-M3)构成中间模块组(8)；
每一相均由一个顶端子模块(3L-M1)、n个两电平普通一号子模块(2L-M2)、一个中间子模块(2L-M3)、n个两电平普通二号子模块(2L-M4)和一个底端子模块(3L-M5)组成；
第一相中：顶端子模块(3L-M1)的一号端子(10)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第一相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的四号端子(13)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第一相的下桥臂；第一相上桥臂和下桥臂分别通过一号电抗器(1)和二号电抗器(2)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子a；
第二相中：顶端子模块(3L-M1)的二号端子(11)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第二相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的五号端子(14)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第二相的下桥臂；第二相上桥臂和下桥臂分别通过三号电抗器(3)和四号电抗器(4)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子b；
第三相中：顶端子模块(3L-M1)的三号端子(12)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第三相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的六号端子(15)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第三相的下桥臂；第三相上桥臂和下桥臂分别通过五号电抗器(5)和六号电抗器(6)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子c；
顶端模块组(7)与直流电源的正极(P)相连，底端模块组(9)与直流电源的负极(N)相连，构成基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构。
每个顶端子模块(3L-M1)的结构相同，以第一相为例：顶端子模块(3L-M1)包括电容C11、电容C14、二极管D11、二极管D14、可控开关S11、可控开关S1-1、可控开关S14和可控开关S1-4；
电容C11的一端同时与直流电源的正极(P)、可控开关S11的集电极连接；
电容C11的另一端同时与电容C14的一端、二极管D11的阳极和二极管D14的阴极连接；
二极管D11的阴极同时与可控开关S11的发射极和可控开关S1-1的集电极连接；
二极管D14的阳极同时与可控开关S14的发射极和可控开关S1-4的集电极连接；
可控开关S1-1的发射极同时一号端子(10)和可控开关S14的集电极连接。
每个底端子模块(3L-M5)的结构相同，以第一相为例：底端子模块(3L-M5)包括电容C51、电容C54、二极管D51、二极管D54、可控开关S51、可控开关S5-1、可控开关S54和可控开关S5-4；
电容C51的一端同时与电容C54的一端、二极管D51的阳极和二极管D54的阴极连接；
二极管D51的阴极同时与可控开关S51的发射极和可控开关S5-1的集电极连接；
二极管D54的阳极同时与可控开关S54的发射极和可控开关S5-4的集电极连接；
可控开关S5-1的发射极同时四号端子(13)和可控开关S14的集电极连接。
每个中间子模块(2L-M3)的结构相同，以第一相为例：中间子模块(2L-M3)包括电容C31、可控开关S31和可控开关S32；
电容C31的一端同时与可控开关(S31)的集电极和一号电抗器(1)连接；
电容C31的另一端同时与可控开关(S32)的发射极和二号电抗器(2)连接；
可控开关(S31)的发射极和可控开关(S32)的集电极连接，且引出交流输出端子a。
每个两电平的普通一号子模块(2L-M2)的结构相同，均包括电容C21、可控开关S21和可控开关S22；
所述电容C21的一端同时与可控开关S21的集电极和顶端子模块(3L-M1)的一号端子(10)或另一个两电平的普通一号子模块(2L-M2)连接；
所述电容C21的另一端与可控开关S22的发射极连接；
可控开关S21的发射极同时与可控开关S22的集电极和另一个两电平的普通一号子模块(2L-M2)或一号电抗器(1)连接。
每个两电平的普通二号子模块(2L-M4)的结构相同，均包括电容C41、可控开关S41和可控开关S42；
所述电容C41的一端与可控开关S41的集电极连接；
所述电容C41的另一端同时与可控开关S42的发射极和另一个两电平的普通二号子模块(2L-M4)或底端子模块(3L-M5)连接；
可控开关S41的发射极同时与可控开关S42的集电极和另一个两电平的普通二号子模块(2L-M4)或二号电抗器(2)连接。
本发明获得的有益效果：
首先，本发明相对于传统模块化多电平换流器能显著降低电容电压波动总量。其中顶端子模块(3L-M1)与底端子模块(3L-M5)中的电容电压波动量将减小到接近于零；中间子模块(2L-M3)中，电容电压波动将主要为二倍频成分，不含基频波动，因此中间子模块(2L-M3)能部分减小电容电压波动。而其他两电平的普通一号子模块(2L-M2)和两电平的普通二号子模块(2L-M4)中，由于顶端子模块(3L-M1)、中间子模块(2L-M3)和底端子模块(3L-M5)的电容电压波动量的降低，桥臂间能量的不均衡显著下降，环流相应降低，因此两电平的普通一号子模块(2L-M2)和两电平的普通二号子模块(2L-M4)中的电容电压波动也会相应降低。
其次，本发明相对于传统模块化多电平换流器还能降低电容的容量。由于基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑中子模块电容电压的波动显著减小，因此能显著降低电容的容量，提高功率密度，降低换流器成本。
另外，由于本发明相对于传统模块化多电平换流器可大幅降低电容电压波动，尤其适用于电机驱动，可显著降低电机工作电压和工作频率范围内的电容电压波动。
附图说明
图1是本发明的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构示意图；
图2是三个三电平的顶端子模块(3L-M1)互相并联构成顶端模块组(7)的结构示意图；
图3是三个三电平的底端子模块(3L-M5)互相并联构成底端模块组(9)的结构示意图；
图4是两电平的中间子模块(2L-M3)的结构示意图；
图5是上桥臂两电平的两电平的普通一号子模块(2L-M2)的结构示意图；
图6是下桥臂两电平的两电平的普通二号子模块(2L-M4)的结构示意图；
图7是绝缘栅双极型晶体管示意图；
图8是顶端模块组(7)省去四个电容的简化结构示意图；
图9是底端模块组(9)省去四个电容的简化结构示意图；
图10是飞跨电容型三电平子模块结构示意图；
图11是一种新型的三电平子模块结构示意图；
图12是另一种新型的三电平子模块结构示意图；
图13是三种现有拓扑与本发明的拓扑，在工作频率相同的条件下，随着输出电压电平数变化时，单相电容电压的总波动量仿真示意图；
图14为三种现有拓扑与本发明的拓扑，在输出电压电平数相同的条件下，随着工作频率升高，单相电容电压总波动量仿真示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，
顶端子模块3L-M1为中点箝位三电平电路，通过三个顶端子模块3L-M1相互并联构成类似三相逆变桥结构的顶端模块组7；底端子模块3L-M5与顶端子模块3L-M1类似，也为中点箝位三电平电路，构成类似三相逆变桥结构的底端模块组9；中间子模块2L-M3为两电平结构，构成中间模块组8，并从其中引出输出端子a,b,c；每一相由一个三电平的顶端子模块3L-M1，一个三电平的底端子模块3L-M5，一个两电平的中间子模块2L-M3，和2n个两电平的普通一号子模块2L-M2和二号子模块2L-M4组成(n个两电平的普通一号子模块2L-M2和n个两电平的普通二号子模块2L-M4)；
三电平的顶端子模块3L-M1的一号端子10依次串联n个两电平的普通一号子模块2L-M2构成换流器第一相的上桥臂；三电平的底端子模块3L-M5的四号端子13依次串联n个两电平普通二号子模块2L-M4构成换流器第一相的下桥臂，第一相上下桥臂间通过一号电抗器1与二号电抗器2分别与两电平的中间子模块2L-M3相连，形成完整的第一相，并从第一相的中间子模块2L-M3中引出交流输出端子a；
三电平的顶端子模块3L-M1的二号端子11依次串联n个两电平的普通一号子模块2L-M2构成换流器第二相的上桥臂；三电平的底端子模块3L-M5的五号端子14依次串联n个两电平普通二号子模块2L-M4构成换流器第二相的下桥臂，第一相上下桥臂间通过三号电抗器3与四号电抗器4分别与两电平的中间子模块2L-M3相连，形成完整的第二相，并从第二相的中间子模块2L-M3中引出交流输出端子b；
三电平的顶端子模块3L-M1的三号端子12依次串联n个两电平的普通一号子模块2L-M2构成换流器第三相的上桥臂；三电平的底端子模块3L-M5的六号端子15依次串联n个两电平普通二号子模块2L-M4构成换流器第三相的下桥臂，第一相上下桥臂间通过五号电抗器5与六号电抗器6分别与两电平的中间子模块2L-M3相连，形成完整的第三相，并从第三相的中间子模块2L-M3中引出交流输出端子c；
三电平的顶端子模块3L-M1与直流电源的正极P相连，三电平的底端子模块3L-M5与直流电源的负极N相连，构成完整的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑。
其中，顶端子模块3L-M1和底端子模块3L-M5的电路结构完全一样的，两电平的普通一号子模块2L-M2、中间子模块2L-M3和两电平的普通二号子模块2L-M4的电路结构也是完全一样的，相同电路结构的子模块间可以互相替换，不同在于各个子模块间的连线不同，因此保留了传统模块化多电平换流器最大的优点：模块化的结构，便于实际生产和维护方便。
顶端子模块3L-M1和底端子模块3L-M5采用三电平结构。且三个顶端子模块3L-M1相互并联，构成类似三相逆变桥结构顶端模块组7，由于三相无功互补，顶端模块组7中电容电压波动约等于零，因此降低了电容电压的波动。同理，三个底端子模块3L-M5相互并联，构成类似三相逆变桥结构底端模块组9，由于三相无功互补，底端模块组9中电容电压波动约等于零，因此降低了电容电压的波动。
另外，本发明相对于传统模块化多电平换流器添加了中间模块组7，在输出相同电平数的条件下，需要的子模块数相对于传统模块化多电平换流器可节省三个子模块，能降低成本。
具体实施方式二、结合图2说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
顶端子模块3L-M1为三相的中点箝位三电平电路，具有下列特征：有两个电容C11和C14，其中电容C11的正极与直流电源的正极P相连，而两个电容的连接点分别连接两个二极管D11与D14的连接点。
以第一相为例：顶端子模块3L-M1每相由四个可控开关S11、S1-1、S14、S1-4串联组成，可控开关间，上一可控开关的发射极17与下一可控开关的集电极16相连，但可控开关S11的集电极16与电源的正极P相连，可控开关S1-4的发射极17与电容C12的负极相连。可控开关S11、S1-1的连接点和可控开关S14、S1-4的连接点分别引线连接两个串联的二极管D11和D14，两个二极管D11和D14的连接点与电容C11和C12的连接点相连，可控开关S1-1的发射极引出一号端子10。其他两相的连接方式与之类似。
具体实施方式三、结合图3说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
底端子模块3L-M5也为三相的中点箝位三电平电路，具有下列特征：有两个电容C51和C54，其中电容C54的负极与直流电源的负极N相连，而两个电容的连接点分别连接两个二极管D51与D54的连接点。
以第一相为例：底端子模块3L-M5每相由四个可控开关S51、S5-1、S54、S5-4串联组成，可控开关间，上一可控开关的发射极17与下一可控开关的集电极16相连，但可控开关S51的集电极16与电容C51的正极相连，可控开关S5-4的发射极17与直流电源的负极N相连。可控开关S51、S5-1的连接点和可控开关S54、S5-4的连接点分别引线连接两个串联的二极管D51和D54，两个二极管D51和D54的连接点与电容C51和C54的连接点相连，可控开关S5-1的发射极引出四号端子13。其他两相的连接方式与之类似。
具体实施方式四、结合图4说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
中间模块组8中，第一相的中间子模块2L-M3为两电平结构，其中可控开关S31的集电极16与一号电抗器1相连，可控开关S32的发射极17与二号电抗器2相连，上下可控开关S31和S32的连接点引出输出端子a。其他两相的连接方式与之类似。
具体实施方式五、结合图5说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
上桥臂的两电平普通一号子模块2L-M2中，以第一相为例，上桥臂的两电平子模块2L-M2的可控开关S21的集电极16与三电平的顶端子模块3L-M1的输出端10相连，或与上一个两电平的普通一号子模块2L-M2相连接，可控开关S21的发射极17与下一个两电平的普通二号子模块2L-M2相连，或与一号电抗器1相连接。
具体实施方式六、结合图6说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
第一相下桥臂的两电平普通一号子模块2L-M4的可控开关S42的集电极16与上一个两电平的普通二号子模块2L-M4相连，或与二号电抗器2相连接；可控开关S42的发射极17与三电平的底端子模块3L-M5的输出端13相连，或与下一个两电平的普通二号子模块2L-M4相连接。其他两相的连接方式与之类似。
具体实施方式七、结合图8说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
图8为顶端模块组7省去四个电容的简化结构示意图。由于三个顶端子模块3L-M1互相并联构成类似三相逆变桥结构的顶端模块组7，又由传统三相逆变桥结构可知电容C12、C13、C15、C16可省去，因此简化的顶端子模块也是适用的。简化的顶端模块组7能够减少4个电容，降低换流器的体积，但是会牺牲顶端模块组7的模块化的结构，一旦任意可控开关损坏都需要整体更换简化的顶端子模块。
具体实施方式八、结合图9说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
图9为底端模块组9省去四个电容的简化结构示意图。由于三个底端子模块3L-M5互相并联构成类似三相逆变桥结构的底端模块组9，又由传统三相逆变桥结构可知电容C52、C53、C55、C56可省去，因此简化的底端子模块也是适用的。简化的底端模块组9能够减少4个电容，降低换流器的体积，但是会牺牲底端模块组9的模块化的结构，一旦任意可控开关损坏都需要整体更换简化的底端子模块。
具体实施方式九、结合图10说明本具体实施方式，本具体实施方式是具体实施方式一的进一步限定：
图10至图12为其他常见的三电平结构的子模块，也可作为顶端子模块3L-M1或底端子模块3L-M5进行应用。
图10为飞跨电容型三电平子模块，图11和图12为两种新型的三电平子模块。可根据不同的应用需求选取不同的三电平子模块作为顶端子模块3L-M1和底端子模块3L-M5。
针对本发明电容电压波动较小且更适用于电机驱动场合的特性进行详细说明：
由于顶端子模块3L-M1与底端子模块3L-M5的三相无功功率之和为零，顶端子模块3L-M1与底端子模块3L-M5中的电容波动量理论值为零。
并且，在中间模块组8的中间子模块(2L-M3)中，根据流入中间子模块2L-M3电容的电压电流可以得到其瞬时功率为
其中，uc,ic分别为中间子模块2L-M3的瞬时电容电压，m为调制比，Io为换流器输出电流的幅值，Uc为中间子模块2L-M3电容电压的直流分量，ω为角频率，为相位。而该式可得，中间模块组8中的波动主要成分为二倍频成分，不含传统子模块中的基频波动，因此中间模块组能部分减小电容电压波动。
在其他普通一号子模块2L-M2和普通二号子模块2L-M4中，由于顶端子模块3L-M1、中间子模块2L-M3和底端子模块3L-M5的波动显著降低，桥臂间能量的不均衡显著降低，因此环流相应降低，普通一号子模块2L-M2和普通二号子模块2L-M4中的电压波动也会相应降低。
因此，相对于传统模块化多电平换流器和已有的改进型拓扑，本发明的拓扑能显著降低电容电压波动总量。
下面对本发明的电容电压进行定量分析说明本发明具有降低电容电压波动的能力，更适于电机驱动场合。
在两电平的普通子模块(2L-M2)和(2L-M4)中，基频电容电压波动为：
ΔU C 1 ≈ I O 4 ω C
而二倍频电容电压波动为：
ΔU C 2 = U O I O 4 ω C E ≈ 1 2 · I O 4 ω C
可见，基频电容电压波动约为二倍频电容电压波动的二倍，即：
ΔUC1＝2ΔUC2
在中间子模块2L-M3中，根据上文分析，由于不含基频电容电压波动，只含二倍频电容电压波动，电容电压波动约为：
ΔUC2_2L-M3＝2ΔUC2
基于以上分析，可以得到在不同模块化多电平换流器中，单相换流器的电容电压总波动量ΔUC与输出电平数k的关系，见表1。
表1不同换流器中单相电容电压总波动量与输出电平数的关系表
当上述三种已有拓扑与本发明的拓扑以相同频率(f＝50Hz)运行时，单相电容电压总波动量ΔUc与输出电压电平数k的关系如图13所示。可以看出，当工作频率相同时，本发明比现有三种拓扑的电容电压波动都小。
而当输出电压的电平数k相同k＝5时，比较现有三种拓扑与本发明的单相电容电压总波动量ΔUc在不同工作频率f下关系如图14所示。可以看出，四种拓扑的电容电压波动均随工作频率的降低而升高，但在各个频率工作点，本发明的电容电压波动的总量仍小于其他三种现有拓扑。
针对本发明相对于传统模块化多电平换流器能降低电容的容量做具体说明：
根据子模块中电容容量关系式：
C o = ΔW M ( k ) 2 ϵU C 2
其中，ΔWM(k)为每个子模块的能量波动，ε为子模块电压纹波系数，UC为电容电压平均值，Co为子模块中的电容参数。
由于新型模块化多电平换流器中子模块能量的波动ΔWM(k)显著减小，因此能显著降低电容的容量。
以上列举的仅是本发明的一个具体实施例，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征是：它包括三个顶端子模块(3L-M1)、三个底端子模块(3L-M5)、三个中间子模块(2L-M3)、3n个两电平普通一号子模块(2L-M2)和3n个两电平普通二号子模块(2L-M4)；n为正整数；
顶端子模块(3L-M1)为中点箝位三电平电路，三个顶端子模块(3L-M1)相互并联构成顶端模块组(7)；
底端子模块(3L-M5)为中点箝位三电平电路，三个底端子模块(3L-M5)相互并联构成底端模块组(9)；
中间子模块(2L-M3)为两电平结构，三个中间子模块(2L-M3)构成中间模块组(8)；
每一相均由一个顶端子模块(3L-M1)、n个两电平普通一号子模块(2L-M2)、一个中间子模块(2L-M3)、n个两电平普通二号子模块(2L-M4)和一个底端子模块(3L-M5)组成；
第一相中：顶端子模块(3L-M1)的一号端子(10)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第一相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的四号端子(13)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第一相的下桥臂；第一相上桥臂和下桥臂分别通过一号电抗器(1)和二号电抗器(2)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子a；
第二相中：顶端子模块(3L-M1)的二号端子(11)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第二相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的五号端子(14)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第二相的下桥臂；第二相上桥臂和下桥臂分别通过三号电抗器(3)和四号电抗器(4)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子b；
第三相中：顶端子模块(3L-M1)的三号端子(12)依次串联n个两电平的普通一号子模块(2L-M2)构成换流器第三相的上桥臂；底端子模块(3L-M5)的六号端子(15)依次串联n个两电平普通二号子模块(2L-M4)构成换流器第三相的下桥臂；第三相上桥臂和下桥臂分别通过五号电抗器(5)和六号电抗器(6)与中间子模块(2L-M3)连接，并从中间子模块(2L-M3)中引出交流输出端子c；
顶端模块组(7)与直流电源的正极(P)相连，底端模块组(9)与直流电源的负极(N)相连，构成基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个顶端子模块(3L-M1)的结构相同，以第一相为例：顶端子模块(3L-M1)包括电容C11、电容C14、二极管D11、二极管D14、可控开关S11、可控开关S1-1、可控开关S14和可控开关S1-4；
电容C11的一端同时与直流电源的正极(P)、可控开关S11的集电极连接；
电容C11的另一端同时与电容C14的一端、二极管D11的阳极和二极管D14的阴极连接；
二极管D11的阴极同时与可控开关S11的发射极和可控开关S1-1的集电极连接；
二极管D14的阳极同时与可控开关S14的发射极和可控开关S1-4的集电极连接；
可控开关S1-1的发射极同时一号端子(10)和可控开关S14的集电极连接。
3.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个底端子模块(3L-M5)的结构相同，以第一相为例：底端子模块(3L-M5)包括电容C51、电容C54、二极管D51、二极管D54、可控开关S51、可控开关S5-1、可控开关S54和可控开关S5-4；
电容C51的一端同时与电容C54的一端、二极管D51的阳极和二极管D54的阴极连接；
二极管D51的阴极同时与可控开关S51的发射极和可控开关S5-1的集电极连接；
二极管D54的阳极同时与可控开关S54的发射极和可控开关S5-4的集电极连接；
可控开关S5-1的发射极同时四号端子(13)和可控开关S14的集电极连接。
4.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个中间子模块(2L-M3)的结构相同，以第一相为例：中间子模块(2L-M3)包括电容C31、可控开关S31和可控开关S32；
电容C31的一端同时与可控开关(S31)的集电极和一号电抗器(1)连接；
电容C31的另一端同时与可控开关(S32)的发射极和二号电抗器(2)连接；
可控开关(S31)的发射极和可控开关(S32)的集电极连接，且引出交流输出端子a。
5.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个两电平的普通一号子模块(2L-M2)的结构相同，均包括电容C21、可控开关S21和可控开关S22；
所述电容C21的一端同时与可控开关S21的集电极和顶端子模块(3L-M1)的一号端子(10)或另一个两电平的普通一号子模块(2L-M2)连接；
所述电容C21的另一端与可控开关S22的发射极连接；
可控开关S21的发射极同时与可控开关S22的集电极和另一个两电平的普通一号子模块(2L-M2)或一号电抗器(1)连接。
6.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个两电平的普通二号子模块(2L-M4)的结构相同，均包括电容C41、可控开关S41和可控开关S42；
所述电容C41的一端与可控开关S41的集电极连接；
所述电容C41的另一端同时与可控开关S42的发射极和另一个两电平的普通二号子模块(2L-M4)或底端子模块(3L-M5)连接；
可控开关S41的发射极同时与可控开关S42的集电极和另一个两电平的普通二号子模块(2L-M4)或二号电抗器(2)连接。
7.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个顶端子模块(3L-M1)和底端子模块(3L-M5)均为三电平电路；每个两电平的普通一号子模块(2L-M2)、两电平的普通二号子模块(2L-M4)和中间子模块(2L-M3)均为两电平电路，仅连线不同；相同子模块能够相互替换。
8.根据权利要求1所述的基于三电平子模块和两电平子模块的混合型模块化多电平换流器拓扑结构，其特征在于每个可控开关为可关断型电子开关元件。
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