CN105591547A - 一种y型模块化多电平大功率交交变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Y型模块化多电平大功率交交变流器，包括第一主桥臂、第二主桥臂、第三主桥臂、第一辅助桥臂、第二辅助桥臂、第三辅助桥臂、第四辅助桥臂、第五辅助桥臂、第六辅助桥臂及中性点。本发明的可靠性较高，结构简单、成本低，所提出的控制策略能够独立实现输入和输出系统的有功功率及无功功率控制，并且通过无功功率在主桥臂和辅助桥臂之间的合理分配，可实现对系统整体性能的优化，其应用范围较广。

Description

一种Y型模块化多电平大功率交交变流器

技术领域

本发明属于高电压、大功率电力变换装置拓扑结构及其控制策略领域，涉及一种Y型模块化多电平大功率交交变流器。

背景技术

高电压大功率交交变流器的实际工程应用非常广泛，在异步联网、海上风电、远距离分频输电、海洋油气开采及未来海底输配电系统建设等方面都具有非常重要的作用。此外，在轨道交通、采矿、冶炼、轧钢等电力传动以及高电压大功率电源行业领域，大功率交交变流器同样不可或缺。

模块化多电平矩阵式变流器(modularmultilevelmatrixconverter，M3C)由美国科罗拉多大学的R.W.Erickson和O.A.Al-Naseem于2001年提出。M3C保留了模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter，MMC)的模块化多电平优点，同时具备高电压大容量的特性，可以直接实现交交功率变换，但M3C的拓扑结构复杂，实现交交功率变换需要9个桥臂，每个桥臂均需要n个子模块，从而体积较大，成本较高，可靠性较差；且M3C内部环流通道众多，其环流分析及抑制策略复杂。此外，由M3C连接的两侧三相交流系统之间电气耦合程度高，一侧系统的每一相都经由三个桥臂与另一侧系统的三相相连接，若一侧系统的任何一相发生故障，M3C均无法实现稳定的功率传输。德国汉诺威-莱布尼茨大学的LennartBaruschka和AxelMertens于2011年提出了一种可应用于高电压大功率场合的新型六边形模块化多电平交交变流器(Hexverter)。与MMC和M3C相比，Hexverter只使用6个桥臂就可以实现两个不同频率和幅值的三相交流系统的连接，降低了设备体积和生产成本，但Hexverter的拓扑结构决定了其内部环流通道只有一条，其正常运行时系统必须满足严格的无功约束条件，从而大大限制了此新型交交变流器在实际工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种Y型模块化多电平大功率交交变流器，该变流器的可靠性较高，并且结构简单、成本低，能够独立实现输入和输出系统的有功功率及无功功率控制，并且能够通过无功功率在主桥臂和辅助桥臂之间的合理分配实现对系统整体性能的优化，应用范围较广。

为达到上述目的，本发明所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器包括第一主桥臂、第二主桥臂、第三主桥臂、第一辅助桥臂、第二辅助桥臂、第三辅助桥臂、第四辅助桥臂、第五辅助桥臂、第六辅助桥臂及中性点；

第一辅助桥臂的一端、第二辅助桥臂的一端、第三辅助桥臂的一端分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂的一端、第五辅助桥臂的一端及第六辅助桥臂的一端分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂的另一端及第四辅助桥臂的另一端与第一主桥臂的一端相连接，第二辅助桥臂的另一端及第五辅助桥臂的另一端与第二主桥臂的一端相连接，第三辅助桥臂的另一端及第六辅助桥臂的另一端与第三主桥臂的一端相连接，第一主桥臂的另一端、第二主桥臂的另一端及第三主桥臂的另一端均与中性点相连接。

第一主桥臂、第二主桥臂及第三主桥臂均由n个第一H桥子模块级联而成，其中，第一主桥臂中的第一个第一H桥子模块与第一辅助桥臂及第四辅助桥臂相连接，第二主桥臂中的第一个第一H桥子模块与第二辅助桥臂及第五辅助桥臂相连接，第三主桥臂中的第一个第一H桥子模块与第三辅助桥臂及第六辅助桥臂相连接，第一主桥臂中的最后一个第一H桥子模块、第二主桥臂中的最后一个第一H桥子模块及第三主桥臂中的最后一个第一H桥子模块均与中性点相连接。

第一辅助桥臂、第二辅助桥臂、第三辅助桥臂、第四辅助桥臂、第五辅助桥臂及第六辅助桥臂均由电感、等效电阻及n/2个第二H桥子模块依次级联而成，其中，第一辅助桥臂中的电感、第二辅助桥臂中的电感及第三辅助桥臂中的电感分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂中的电感、第五辅助桥臂中的电感及第六辅助桥臂中的电感分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块及第四辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块与第一主桥臂相连接，第二辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块及第五辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块与第二主桥臂相连接，第三辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块及第六辅助桥臂中的最后一个第二H桥子模块与第三主桥臂相连接。

通过输入侧电网及输出侧电网的有功电流与无功电流的前馈解耦控制调节流过第一主桥臂、第二主桥臂及第三主桥臂上的电流。

第一主桥臂、第二主桥臂及第三主桥臂采用定有功功率及交流电压控制输入侧电网。

第一主桥臂、第二主桥臂及第三主桥臂采用定直流电压及交流电压控制输出侧电网。

第一辅助桥臂、第二辅助桥臂、第三辅助桥臂、第四辅助桥臂、第五辅助桥臂及第六辅助桥臂对其交流电压采用电流定向的定直流电压进行控制。

引入无功功率分配系数k1和k2，通过无功功率分配系数k1和k2实现无功功率在主桥臂和辅助桥臂之间的分配。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器通过九个桥臂组成3个Y型结构，再通过中性点将三个Y型结构相连接，既可以直接连接两个不同频率及幅值的三相交流系统，实现高压风力发电、异步联网及低频输电的功能，同时还可以直接连接无源负荷作为高压变频电源和高压电力传动变频使用，使用范围较为广泛，同时采用模块化设计，将一个主桥臂与两个辅助桥臂组成Y型结构，可靠性及对称性较好，并且设计较为简单，制作成本较低，同时等效桥臂数较少，所提出的控制策略能够实现输入电网系统及输出电网系统的无功功率与有功功率的独立控制。

附图说明

图1为本发明的等效电路图；

图2为本发明中一相的等效电路

图3为本发明中输入侧一相的等效电路

图4为本发明中输出侧一相等效电路

图5为本发明的一控制策略框图；

图6为本发明的又一控制策略框图；

图7为本发明稳态运行时桥臂调制波分配示意图；

图8为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输入侧三相电压电流波形图；

图9为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输出侧三相电压电流波形图；

图10为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时传输的有功功率和无功功率波形图；

图11为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图；

图12为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输入侧电流频谱分析图；

图13为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输出侧电流频谱分析图；

图14为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输入侧辅助桥臂调制波波形图；

图15为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时输出侧辅助桥臂调制波波形图；

图16为仿真实验中k₁＝1，k₂＝1时主桥臂调制波波形图；

图17为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输入侧三相电压电流波形图；

图18为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输出侧三相电压电流波形图；

图19为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时传送的有功功率和无功功率波形图；

图20为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图；

图21为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输入侧电流频谱分析图；

图22为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输出侧电流频谱分析图；

图23为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输入侧辅助桥臂调制波波形图；

图24为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时输出侧辅助桥臂调制波波形图；

图25为仿真实验中k₁＝0.6，k₂＝0.6时主桥臂调制波波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器包括第一主桥臂1N、第二主桥臂2N、第三主桥臂3N、第一辅助桥臂u1、第二辅助桥臂v1、第三辅助桥臂w1、第四辅助桥臂a1、第五辅助桥臂b2、第六辅助桥臂c3及中性点N；第一辅助桥臂u1的一端、第二辅助桥臂v1的一端、第三辅助桥臂w1的一端分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂a1的一端、第五辅助桥臂b2的一端及第六辅助桥臂c3的一端分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂u1的另一端及第四辅助桥臂a1的另一端与第一主桥臂1N的一端相连接，第二辅助桥臂v1的另一端及第五辅助桥臂b2的另一端与第二主桥臂2N的一端相连接，第三辅助桥臂w1的另一端及第六辅助桥臂c3的另一端与第三主桥臂3N的一端相连接，第一主桥臂1N的另一端、第二主桥臂2N的另一端及第三主桥臂3N的另一端均与中性点N相连接。

需要说明的是，第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N均由n个第一H桥子模块级联而成，其中，第一主桥臂1N中的第一个第一H桥子模块与第一辅助桥臂u1及第四辅助桥臂a1相连接，第二主桥臂2N中的第一个第一H桥子模块与第二辅助桥臂v1及第五辅助桥臂b2相连接，第三主桥臂3N中的第一个第一H桥子模块与第三辅助桥臂w1及第六辅助桥臂c3相连接，第一主桥臂1N中的最后一个第一H桥子模块、第二主桥臂2N中的最后一个第一H桥子模块及第三主桥臂3N中的最后一个第一H桥子模块均与中性点N相连接；第一辅助桥臂u1、第二辅助桥臂v1、第三辅助桥臂w1、第四辅助桥臂a1、第五辅助桥臂b2及第六辅助桥臂c3均由电感、等效电阻及n/2个第二H桥子模块依次级联而成，其中，第一辅助桥臂u1中的电感、第二辅助桥臂v1中的电感及第三辅助桥臂w1中的电感分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂a1中的电感、第五辅助桥臂b2中的电感及第六辅助桥臂c3中的电感分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂u1中的最后一个第二H桥子模块及第四辅助桥臂a1中的最后一个第二H桥子模块与第一主桥臂1N相连接，第二辅助桥臂v1中的最后一个第二H桥子模块及第五辅助桥臂b2中的最后一个第二H桥子模块与第二主桥臂2N相连接，第三辅助桥臂w1中的最后一个第二H桥子模块及第六辅助桥臂c3中的最后一个第二H桥子模块与第三主桥臂3N相连接。

在使用时，通过输入侧电网及输出侧电网的有功电流与无功电流的前馈解耦控制调节流过第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N上的电流；第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N采用定有功功率及交流电压控制输入侧电网；第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N采用定直流电压及交流电压控制输出侧电网；第一辅助桥臂u1、第二辅助桥臂v1、第三辅助桥臂w1、第四辅助桥臂a1、第五辅助桥臂b2及第六辅助桥臂c3对其交流电压采用电流定向的定直流电压进行控制。

将系统输入侧电压的中性点N定义为O点，输出侧电压的中性点N定义为O'点，根据基尔霍夫电路定理，由图1得Y-MMC系统的回路电压方程和节点电流方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_u={\mathrm{Ri}}_u+L\frac{{\mathrm{di}}_u}{dt}+V_{u1}+V_{1N}+V_{NO}\\ V_v={\mathrm{Ri}}_v+L\frac{{\mathrm{di}}_v}{dt}+V_{v2}+V_{2N}+V_{NO}\\ V_w={\mathrm{Ri}}_w+L\frac{{\mathrm{di}}_w}{dt}+V_{w3}+V_{3N}+V_{NO}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_a=-{\mathrm{Ri}}_a-L\frac{{\mathrm{di}}_a}{dt}+V_{a1}+V_{1N}+V_{{\mathrm{NO}}^{\′}}\\ V_b=-{\mathrm{Ri}}_b-L\frac{{\mathrm{di}}_b}{dt}+V_{b2}+V_{2N}+V_{{\mathrm{NO}}^{\′}}\\ V_c=-{\mathrm{Ri}}_c-L\frac{{\mathrm{di}}_c}{dt}+V_{c3}+V_{3N}+V_{{\mathrm{NO}}^{\′}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{1N}=i_u-i_a\\ i_{2N}=i_v-i_b\\ i_{3N}=i_w-i_c\\ i_{1N}+i_{2N}+i_{3N}=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

当输入电网系统和输出电网系统均为三相对称系统时，则有

V_NO＝V_NO′＝V_O′O＝0(4)

采用等功率变换，从abc到αβo的变换矩阵为C_abc/αβo：

$C_{abc/\mathrm{\α}\mathrm{\β}o}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\\ 1/\sqrt{2}& 1/\sqrt{2}& 1/\sqrt{2}\end{array}\right]---\left(5\right)$

从αβo到abc的变换矩阵为C_αβo/abc：

$C_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}o/abc}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 1/\sqrt{2}\\ -1/2& \sqrt{3}/2& 1/\sqrt{2}\\ -1/2& -\sqrt{3}/2& 1/\sqrt{2}\end{array}\right]---\left(6\right)$

将等功率变换矩阵C_abc/αβo左乘式(1)-式(3)，得系统在αβ坐标系下的电压方程和电流方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{s\mathrm{\α}}={\mathrm{Ri}}_{s\mathrm{\α}}+L\frac{{\mathrm{di}}_{s\mathrm{\α}}}{dt}+V_{bs\mathrm{\α}}+V_{bc\mathrm{\α}}\\ V_{s\mathrm{\β}}={\mathrm{Ri}}_{s\mathrm{\β}}+L\frac{{\mathrm{di}}_{s\mathrm{\β}}}{dt}+V_{bs\mathrm{\β}}+V_{bc\mathrm{\β}}\end{array}\right.---\left(7\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{l\mathrm{\α}}=-{\mathrm{Ri}}_{l\mathrm{\α}}-L\frac{{\mathrm{di}}_{l\mathrm{\α}}}{dt}+V_{bl\mathrm{\α}}+V_{bc\mathrm{\α}}\\ V_{l\mathrm{\β}}=-{\mathrm{Ri}}_{l\mathrm{\β}}-L\frac{{\mathrm{di}}_{l\mathrm{\β}}}{dt}+V_{bl\mathrm{\β}}+V_{bc\mathrm{\β}}\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{bc\mathrm{\α}}=i_{s\mathrm{\α}}-i_{l\mathrm{\α}}\\ i_{bc\mathrm{\β}}=i_{s\mathrm{\β}}-i_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，V_sα、V_sβ和i_sα、i_sβ为输入侧电压和电流的αβ分量，V_lα、V_lβ和i_lα、i_lβ为输出侧电压和电流的αβ分量，V_bsα、V_bsβ为输入侧辅助桥臂电压的αβ分量，V_blα、V_blβ为输出侧辅助桥臂电压的αβ分量，V_bcα、V_bcβ和i_bcα、i_bcβ为主桥臂电压和电流的αβ分量。

实际运行中，输入侧辅助桥臂电压V_bsα、V_bsβ和输出侧辅助桥臂电压V_bcα、V_bcβ中既含有输入频率分量又含有输出频率分量，为保证式(7)-式(9)成立，将式(7)-式(9)分解为：

$\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{c}{V}_{s\mathrm{\α}}={\mathrm{Ri}}_{s\mathrm{\α}}+L\frac{{\mathrm{di}}_{s\mathrm{\α}}}{dt}+V_{bs\mathrm{\α}\_fs}+V_{bc\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{s\mathrm{\β}}={\mathrm{Ri}}_{s\mathrm{\β}}+L\frac{{\mathrm{di}}_{s\mathrm{\β}}}{dt}+V_{bs\mathrm{\β}\_fs}+V_{bc\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right.\\ \left\{\begin{array}{c}{V}_{bs\mathrm{\α}\_fl}=-V_{bc\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{bs\mathrm{\β}\_fl}=-V_{bc\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right.\end{array}---\left(10\right)$

$\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{c}{V}_{l\mathrm{\α}}=-{\mathrm{Ri}}_{l\mathrm{\α}}-L\frac{{\mathrm{di}}_{l\mathrm{\α}}}{dt}+V_{bl\mathrm{\α}\_fl}+V_{bc\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{l\mathrm{\β}}=-{\mathrm{Ri}}_{l\mathrm{\β}}-L\frac{{\mathrm{di}}_{l\mathrm{\β}}}{dt}+V_{bl\mathrm{\β}\_fl}+V_{bc\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right.\\ \left\{\begin{array}{c}{V}_{bl\mathrm{\α}\_fs}=-V_{bc\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{bl\mathrm{\β}\_fs}=-V_{bc\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right.\end{array}---\left(11\right)$

$\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{c}{i}_{bc\mathrm{\α}\_fs}=i_{s\mathrm{\α}}\\ i_{bc\mathrm{\β}\_fs}=i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right.\\ \left\{\begin{array}{c}{i}_{bc\mathrm{\α}\_fl}=-i_{l\mathrm{\α}}\\ i_{bc\mathrm{\β}\_fl}=-i_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right.\end{array}---\left(12\right)$

其中，V_{bsα_fs}、V_{bsβ_fs}为输入侧辅助桥臂电压αβ分量中的输入频率分量，V_{bsα_fl}、V_{bsβ_fl}为输入侧辅助桥臂电压αβ分量中的输出频率分量，V_{blα_fs}、V_{blβ_fs}为输出侧辅助桥臂电压αβ分量中的输入频率分量，V_{blα_fl}、V_{blβ_fl}为输出侧辅助桥臂电压αβ分量中的输出频率分量，V_{bcα_fs}、V_{bcβ_fs}为主桥臂电压αβ分量中的输入频率分量，V_{bcα_fl}、V_{bcβ_fl}为主桥臂电压αβ分量中的输入频率分量，i_{bcα_fs}、i_{bcβ_fs}为主桥臂电流αβ分量中的输入频率分量，i_{bcα_fl}、i_{bcβ_fl}为主桥臂电流αβ分量中的输入频率分量。

由式(10)-式(12)得：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{s\mathrm{\α}}\\ V_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}}\\ i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]+L\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}}\\ i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bs\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{bs\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bc\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{bc\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{V}_{bs\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{bs\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{V}_{bc\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{bc\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right]\end{array}---\left(13\right)$

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{l\mathrm{\α}}\\ V_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right]=-R\left[\begin{array}{c}{i}_{l\mathrm{\α}}\\ i_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right]-L\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{l\mathrm{\α}}\\ i_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bl\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{bl\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bc\mathrm{\α}\_fl}\\ V_{bc\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{V}_{bl\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{bl\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{V}_{bc\mathrm{\α}\_fs}\\ V_{bc\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right]\end{array}---\left(14\right)$

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{i}_{bc\mathrm{\α}\_fs}\\ i_{bc\mathrm{\β}\_fs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}}\\ i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{i}_{bc\mathrm{\α}\_fl}\\ i_{bc\mathrm{\β}\_fl}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{i}_{l\mathrm{\α}}\\ i_{l\mathrm{\β}}\end{array}\right]\end{array}---\left(15\right)$

针对不同的频率分量，分别采用以下同步旋转坐标变换矩阵：

$C_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}/dq\_s}=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\ω}}_{s}t& {\mathrm{sin\ω}}_{s}t\\ -{\mathrm{sin\ω}}_{s}t& {\mathrm{cos\ω}}_{s}t\end{array}\right]---\left(16\right)$

$C_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}/dq\_l}=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\ω}}_{l}t& {\mathrm{sin\ω}}_{l}t\\ -{\mathrm{sin\ω}}_{l}t& {\mathrm{cos\ω}}_{l}t\end{array}\right]---\left(17\right)$

根据式(16)及式(17)将式(13)-式(15)变换为dq坐标系下的系统数学模型：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{sd}\\ V_{sq}\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]+L\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]+{\mathrm{\ω}}_{s}L\left[\begin{array}{c}-i_{sq}\\ i_{sd}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bsd\_fs}\\ V_{bsq\_fs}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fs}\\ V_{bcq\_fs}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{V}_{bsd\_fl}\\ V_{bsq\_fl}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fl}\\ V_{bcq\_fl}\end{array}\right]\end{array}---\left(18\right)$

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{ld}\\ V_{lq}\end{array}\right]=-R\left[\begin{array}{c}{i}_{ld}\\ i_{lq}\end{array}\right]-L\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{ld}\\ i_{lq}\end{array}\right]-{\mathrm{\ω}}_{l}L\left[\begin{array}{c}-i_{lq}\\ i_{ld}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bld\_fl}\\ V_{blq\_fl}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fl}\\ V_{bcq\_fl}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{V}_{bld\_fs}\\ V_{blq\_fs}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fs}\\ V_{bcq\_fs}\end{array}\right]\end{array}---\left(19\right)$

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{i}_{bcd\_fs}\\ i_{bcq\_fs}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{i}_{bcd\_fl}\\ i_{bcq\_fl}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{i}_{ld}\\ i_{lq}\end{array}\right]\end{array}---\left(20\right)$

其中，V_sd、V_sq和i_sd、i_sq为输入侧电压和电流的dq分量，V_ld、V_lq和i_ld、i_lq为输出侧电压和电流的dq分量，V_{bsd_fs}、V_{bsq_fs}为输入侧辅助桥臂电压dq分量中的输入频率分量，V_{bsd_fl}、V_{bsq_fl}为输入侧辅助桥臂电压dq分量中的输出频率分量，V_{bld_fs}、V_{blq_fs}为输出侧辅助桥臂电压dq分量中的输入频率分量，V_{bld_fl}、V_{blq_fl}为输出侧辅助桥臂电压dq分量中的输出频率分量，V_{bcd_fs}、V_{bcq_fs}为主桥臂电压dq分量中的输入频率分量，V_{bcd_fl}、V_{bcq_fl}为主桥臂电压dq分量中的输入频率分量，i_{bcd_fs}、i_{bcq_fs}为主桥臂电流dq分量中的输入频率分量，i_{bcd_fl}、i_{bcq_fl}为主桥臂电流dq分量中的输入频率分量。ω_s为输入侧电网的角频率，ω_l为输出侧电网的角频率。

参考图2及图3，系统稳态运行时，由式(18)得

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{sd}={\mathrm{Ri}}_{sd}-{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{Li}}_{sq}+V_{bd\_fs}\\ V_{sq}={\mathrm{Ri}}_{sq}+{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{Li}}_{sd}+V_{bq\_fs}\end{array}\right.---\left(21\right)$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bd\_fs}=V_{bsd\_fs}+V_{bcd\_fs}\\ V_{bq\_fs}=V_{bsq\_fs}+V_{bcq\_fs}\end{array}\right.---\left(22\right)$

第一辅助桥臂u1和第一主桥臂1N总共吸收的有功功率P_bs和无功功率Q_bs分别为

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{bs}=V_{bd\_fs}{i}_{sd}+V_{bq\_fs}{i}_{sq}\\ Q_{bs}=V_{bq\_fs}{i}_{sd}-V_{bd\_fs}{i}_{sq}\end{array}\right.---\left(23\right)$

为保证第一辅助桥臂u1吸收有功功率为零，则有：

V_{bsd_fs}i_sd+V_{bsq_fs}i_sq＝0(24)

为实现第一辅助桥臂u1和第一主桥臂1N间吸收无功功率比例的动态分配，引入分配系数k₁，使得第一主桥臂1N吸收无功功率满足

k₁Q_bs＝V_{bcq_fs}i_sd-V_{bcd_fs}i_sq(25)

即，当k₁＝1时，无功功率全部由主桥臂吸收。

联立式(22)-式(25)，得：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bsd\_fs}=-\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}\\ V_{bsq\_fs}=\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}\end{array}\right.---\left(26\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fs}=V_{bd\_fs}+\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}\\ V_{bcq\_fs}=V_{bq\_fs}-\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}\end{array}\right.---\left(27\right)$

在运行时，辅助桥臂需要吸收少量的有功功率以补偿桥臂中的有功损耗，避免子模块中的直流电容持续放电，从而保证直流电压恒定，因此设设辅助桥臂吸收的有功功率为P_{bs_loss}，其中

V_{bsd_fs}i_sd+V_{bsq_fs}i_sq＝P_{bs_loss}(28)

由式(22)-式(25)得：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bsd\_fs}=-\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}+\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}{P}_{bs\_loss}\\ V_{bsq\_fs}=\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}+\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}{P}_{bs\_loss}\end{array}\right.---\left(29\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fs}=V_{bd\_fs}+\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}-\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}{P}_{bs\_loss}\\ V_{bcq\_fs}=V_{bq\_fs}-\frac{i_{sd}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}(1-k_1)Q_{bs}-\frac{i_{sq}}{i_{sd}^2+i_{sq}^2}{P}_{bs\_loss}\end{array}\right.---\left(30\right)$

输出侧一相等效电路如图4所示。

系统稳态运行时，则有

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{ld}=-{\mathrm{Ri}}_{ld}+{\mathrm{\ω}}_l{\mathrm{Li}}_{lq}+V_{bd\_fl}\\ V_{lq}=-{\mathrm{Ri}}_{lq}-{\mathrm{\ω}}_l{\mathrm{Li}}_{ld}+V_{bq\_fl}\end{array}\right.---\left(31\right)$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bd\_fl}=V_{bld\_fl}+V_{bcd\_fl}\\ V_{bq\_fl}=V_{blq\_fl}+V_{bcq\_fl}\end{array}\right.---\left(32\right)$

第四辅助桥臂a1和第一主桥臂1N总共吸收的无功功率为

Q_bl＝V_{bd_fl}i_lq-V_{bq_fl}i_ld(33)

同样地，为实现第四辅助桥臂a1和第一主桥臂1N间吸收无功功率比例的动态分配，引入分配系数k₂，使得第一主桥臂1N吸收无功功率满足

k₂Q_bl＝V_{bcd_fl}i_lq-V_{bcq_fl}i_ld(34)

即，当k₂＝1时，无功功率全部由主桥臂1N吸收。

为保证第四辅助桥臂a1吸收有功功率为零，需满足：

-V_{bld_fl}i_ld-V_{blq_fl}i_lq＝0(35)

联立式(15)-式(18)得

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bld\_fl}=\frac{i_{lq}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}\\ V_{blq\_fl}=\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}\end{array}\right.---\left(36\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fl}=V_{bd+fl}-\frac{i_{lq}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}\\ V_{bcq\_fl}=V_{bq\_fl}+\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}\end{array}\right.---\left(37\right)$

在运行时，辅助桥臂需要吸收少量的有功功率以补偿桥臂中的有功损耗，避免子模块中的直流电容持续放电，从而保证直流电压恒定，在此，设辅助桥臂吸收的有功功率为P_{bl_loss}，亦即

-V_{bld_fl}i_ld-V_{blq_fl}i_lq＝P_{bl_loss}(38)

由式(15)-式(18)得

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bld\_fl}=\frac{i_{lq}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}-\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}{P}_{bl\_loss}\\ V_{blq\_fl}=-\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}-\frac{i_{lq}}{i_{ld}^2+i_{lq}^2}{P}_{bl\_loss}\end{array}\right.---\left(39\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{bcd\_fl}=V_{bd\_fl}-\frac{i_{lq}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}+\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}{P}_{bl\_loss}\\ V_{bcq\_fl}=V_{bq\_fl}+\frac{i_{ld}}{{i_{ld}}^2+{i_{lq}}^2}(1-k_2)Q_{bl}+\frac{i_{lq}}{i_{ld}^2+i_{lq}^2}{P}_{bl\_loss}\end{array}\right.---\left(40\right)$

Y-MMC数学模型与传统的并网变流器的数学模型相似，采用基于电网电压定向的前馈解耦控制策略如下：

在式(18)和式(19)的第一式中，令

$\left\{\begin{array}{c}{V_{bd\_fs}}^{\′}={\mathrm{Ri}}_{sd}+{\mathrm{Lsi}}_{sd}\\ {V_{bq\_fs}}^{\′}={\mathrm{Ri}}_{sq}+{\mathrm{Lsi}}_{sq}\end{array}\right.---\left(41\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{V_{bd\_fl}}^{\′}={\mathrm{Ri}}_{ld}+{\mathrm{Lsi}}_{ld}\\ {V_{bq\_fl}}^{\′}={\mathrm{Ri}}_{lq}+{\mathrm{Lsi}}_{lq}\end{array}\right.---\left(42\right)$

通过PI调节实现有功电流和无功电流的前馈解耦闭环控制，其中，V_{bd_fs}′,V_{bq_fs}′和V_{bd_fl}′,V_{bq_fl}′由电流闭环的PI调节器得到，其控制原理如图5所示。

对于Y-MMC换流器的外环控制策略，采用功率和电压控制，即第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N对于输入侧电网系统采用定有功功率和定交流电压控制，第一主桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N对于输出侧电网系统采用定直流电压和定交流电压控制；第一辅助桥臂u1、第二辅助桥臂v1、第三辅助桥臂w1、第四辅助桥臂a1、第五辅助桥臂b2及第六辅助桥臂c3对于各自交流系统采用电流定向的定直流电压控制，如图6所示。

系统稳态值计算

设输入侧电网系统和输出侧电网系统均为三相对称，不失一般性，假设Y-MMC稳态工作时输入输出系统的电压和电流为：

$\begin{array}{cc}\left\{\begin{array}{c}{V}_{su}=V_{sm}cos\left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)\\ V_{sv}=V_{sm}cos({\mathrm{\ω}}_{s}t-2\mathrm{\π}/3)\\ V_{sw}=V_{sm}cos({\mathrm{\ω}}_{s}t+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right.& \left\{\begin{array}{c}{i}_u=I_{sm}cos({\mathrm{\ω}}_{s}t-\mathrm{\θ})\\ i_v=I_{sm}cos({\mathrm{\ω}}_{s}t-\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ i_w=I_{sm}cos({\mathrm{\ω}}_{s}t-\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right.\end{array}$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{la}=V_{lm}cos\left({\mathrm{\ω}}_{l}t\right)\\ V_{lb}=V_{lm}\cos ({\mathrm{\ω}}_{l}t-2\mathrm{\π}/3)\\ V_{lc}=V_{lm}cos({\mathrm{\ω}}_{l}t+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right.$

采用前文所述的等功率变换矩阵以及同步旋转坐标变换矩阵可得Y-MMC变流器的稳态解为：

进一步可解得

$V_{bd\_fs}=V_{sd}-{\mathrm{Ri}}_{sd}+{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{Li}}_{sq}=\sqrt{\frac{3}{2}}{V}_{sm}-\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{RI}}_{sm}cos\mathrm{\θ}-\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm}sin\mathrm{\θ}---\left(44\right)$

$V_{bq\_fs}=V_{sq}-{\mathrm{Ri}}_{sq}-{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{Li}}_{sd}=\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{RI}}_{sm}\sin \mathrm{\θ}-\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm}cos\mathrm{\θ}---\left(45\right)$

$Q_{bs}=V_{bq\_fs}{i}_{sd}-V_{bd\_fs}{i}_{sq}=\frac{3}{2}{V}_{sm}{I}_{sm}sin\mathrm{\θ}-\frac{3}{2}{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm}^2---\left(48\right)$

$V_{b\_fs}^2=V_{bd\_fs}^2+V_{bq\_fs}^2=\frac{3}{2}{V}_{sm}^2+\frac{3}{2}{R}^2{I}_{sm}^2+\frac{3}{2}{\mathrm{\ω}}_s^2{L}^2{I}_{sm}^2-3V_{sm}{\mathrm{RI}}_{sm}cos\mathrm{\θ}-3V_{sm}{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm}sin\mathrm{\θ}---\left(50\right)$

$i_s=i_{sd}^2+i_{sq}^2={\left(\sqrt{\frac{3}{2}}{I}_{sm}cos\mathrm{\θ}\right)}^2+{(-\sqrt{\frac{3}{2}}{I}_{sm}sin\mathrm{\θ})}^2=\sqrt{\frac{3}{2}}{I}_{sm}---\left(52\right)$

稳态时各桥臂调制度分配示意图如图7所示，其中，输入侧辅助桥臂的调制波函数为-m₂+m₁'，输出侧辅助桥臂的调制波函数为-m₁+m'₂，主桥臂的调制函数为m₁+m₂。

在系统稳态运行时，为使主桥臂和辅助桥臂不过调制，从而最大化Y-MMC与输入和输出侧系统交换的有功和无功功率，设定优化目标为：

min{max(|-2m₂|+|m₁'|，|-2m₁|+|m'₂|，|m₁|+|m₂|)}(54)

当系统稳态时可忽略辅助桥臂的功率损耗P_{bs_loss}和P_{bl_loss}，由式(26)-式(27)和式(36)-式(37)得：

$m_1^{\′}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bs\_fs}}{\frac{{\mathrm{NV}}_{dcr}}{2}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{bsd\_fs}^2+V_{bsq\_fs}^2}}{\frac{{\mathrm{NV}}_{dcr}}{2}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\frac{2(1-k_1)Q_{bs}}{i_s}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(55\right)$

$m_2^{\′}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bl\_fl}}{\frac{{\mathrm{NV}}_{dcr}}{2}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{bld\_fl}^2+V_{blq\_fl}^2}}{\frac{{\mathrm{NV}}_{dcr}}{2}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\frac{2(1-k_2)Q_{bl}}{i_l}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(56\right)$

$m_1=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bc\_fs}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{bcd\_fs}^2+V_{bcq\_fs}^2}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}==\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{b\_fs}^2+(k_1^2-1)\frac{Q_{bs}^2}{i_s^2}}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(57\right)$

$m_2=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bc\_fl}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{bcd\_fl}^2+V_{bcq\_fl}^2}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·\sqrt{V_{b\_fl}^2+(k_2^2-1)\frac{Q_{bl}^2}{i_l^2}}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(58\right)$

将式(48)-式(53)代入式(55)-式(58)中，得

$m_1^{\′}=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bs\_fs}}{\frac{{\mathrm{NV}}_{dcr}}{2}}=\frac{2(1-k_1)(V_{sm}sin\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm})}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(59\right)$

$m_1=\frac{\sqrt{\frac{2}{3}}\·V_{bc\_fs}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}=\frac{\sqrt{k_1^2(V_{sm}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}-2V_{sm}{\mathrm{\ω}}_s{\mathrm{LI}}_{sm}sin\mathrm{\θ}+{\mathrm{\ω}}_s^2{L}^2{I}_{sm}^2)+V_{sm}^2{\cos }^2\mathrm{\θ}-2V_{sm}{\mathrm{RI}}_{sm}cos\mathrm{\θ}+R^2{I}_{sm}^2}}{{\mathrm{NV}}_{dcr}}---\left(61\right)$

由式(59)-式(62)，通过调节k1和k2的值改变主桥臂和辅助桥臂的稳态调制度，进而可计算出符合优化目标式(54)的k1和k2的最优值，从而对系统的整体性能进行优化。

仿真实验

在MATLAB/SIMULINK平台下搭建Y-MMC系统模型，系统主要参数如表1所示。

图8-图16分别为k₁＝1，k₂＝1时的Y-MMC输入侧电压电流波形图、输出侧电压电流波形图、传输的有功功率和无功功率波形图、主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图、输入侧电流频谱分析图、输出侧电流频谱分析图、输入侧辅助桥臂调制波波形图、输出侧辅助桥臂调制波波形图、主桥臂调制波波形图。

图17-图25分别为k₁＝0.6，k₂＝0.6时的Y-MMC输入侧电压电流波形图、输出侧电压电流波形图、传送有功功率和无功功率波形图、主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图、输入侧电流频谱分析图、输出侧电流频谱分析图、输入侧辅助桥臂调制波波形图、输出侧辅助桥臂调制波波形图、主桥臂调制波波形图。

表1

Claims (8)

1.一种Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，包括第一主桥臂(1N)、第二主桥臂(2N)、第三主桥臂(3N)、第一辅助桥臂(u1)、第二辅助桥臂(v1)、第三辅助桥臂(w1)、第四辅助桥臂(a1)、第五辅助桥臂(b2)、第六辅助桥臂(c3)及中性点(N)；

第一辅助桥臂(u1)的一端、第二辅助桥臂(v1)的一端、第三辅助桥臂(w1)的一端分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂(a1)的一端、第五辅助桥臂(b2)的一端及第六辅助桥臂(c3)的一端分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂(u1)的另一端及第四辅助桥臂(a1)的另一端与第一主桥臂(1N)的一端相连接，第二辅助桥臂(v1)的另一端及第五辅助桥臂(b2)的另一端与第二主桥臂(2N)的一端相连接，第三辅助桥臂(w1)的另一端及第六辅助桥臂(c3)的另一端与第三主桥臂(3N)的一端相连接，第一主桥臂(1N)的另一端、第二主桥臂(2N)的另一端及第三主桥臂(3N)的另一端均与中性点(N)相连接。

2.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥臂(1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)均由n个第一H桥子模块级联而成，其中，第一主桥臂(1N)中的第一个第一H桥子模块与第一辅助桥臂(u1)及第四辅助桥臂(a1)相连接，第二主桥臂(2N)中的第一个第一H桥子模块与第二辅助桥臂(v1)及第五辅助桥臂(b2)相连接，第三主桥臂(3N)中的第一个第一H桥子模块与第三辅助桥臂(w1)及第六辅助桥臂(c3)相连接，第一主桥臂(1N)中的最后一个第一H桥子模块、第二主桥臂(2N)中的最后一个第一H桥子模块及第三主桥臂(3N)中的最后一个第一H桥子模块均与中性点(N)相连接。

3.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一辅助桥臂(u1)、第二辅助桥臂(v1)、第三辅助桥臂(w1)、第四辅助桥臂(a1)、第五辅助桥臂(b2)及第六辅助桥臂(c3)均由电感、等效电阻及n/2个第二H桥子模块依次级联而成，其中，第一辅助桥臂(u1)中的电感、第二辅助桥臂(v1)中的电感及第三辅助桥臂(w1)中的电感分别与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂(a1)中的电感、第五辅助桥臂(b2)中的电感及第六辅助桥臂(c3)中的电感分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥臂(u1)中的最后一个第二H桥子模块及第四辅助桥臂(a1)中的最后一个第二H桥子模块与第一主桥臂(1N)相连接，第二辅助桥臂(v1)中的最后一个第二H桥子模块及第五辅助桥臂(b2)中的最后一个第二H桥子模块与第二主桥臂(2N)相连接，第三辅助桥臂(w1)中的最后一个第二H桥子模块及第六辅助桥臂(c3)中的最后一个第二H桥子模块与第三主桥臂(3N)相连接。

4.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，通过输入侧电网及输出侧电网的有功电流与无功电流的前馈解耦控制调节流过第一主桥臂(1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)上的电流。

5.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥臂(1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)采用定有功功率及交流电压控制输入侧电网。

6.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥臂(1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)采用定直流电压及交流电压控制输出侧电网。

7.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一辅助桥臂(u1)、第二辅助桥臂(v1)、第三辅助桥臂(w1)、第四辅助桥臂(a1)、第五辅助桥臂(b2)及第六辅助桥臂(c3)对其交流电压采用电流定向的定直流电压进行控制。

8.根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，引入无功功率分配系数k1和k2，通过无功功率分配系数k1和k2实现无功功率在主桥臂和辅助桥臂之间的分配。