CN106130056B - 基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，属于电力电子技术和电力输配电领域，该系统采用单极或真双极系统接线方式，均包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；其中，每个组合式换流器均由多个MMC单元组并联构成，每个MMC单元组均由多个MMC单元依次串联构成；三相换流变压器组副边端口与对应的组合式模块化多电平变流器交流侧端口相连，原边接入柔性直流输电系统发端或受端交流电网；本发明系统具有故障抑制特性、故障期间无功补偿能力和低成本特性，电压等级和功率等级可拓展性高，是一种适于架空线大容量远距离的柔性直流输电应用的经济型方案，具有较高可靠性。

Description

基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统

技术领域

本发明属于电力电子技术和电力输配电领域，特别涉及基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，具备在直流短路故障条件下阻断直流短路电流，同时向交流系统提供动态无功支撑的能力。

背景技术

与常规电流源型高压直流输电技术相比，柔性高压直流输电技术(VSC-HVDC)采用全控型电力电子开关实现对变流器的控制，具有控制灵活、交流侧系统电流谐波畸变小、无功可自由补偿及不依赖交流系统实现换相等优点。全球已建成的柔性高压直流输电系统大多采用半桥型子模块构成模块化多电平变流器拓扑(HBSM-MMC,Half-Bridge sub-modulesMMC)。作为最简单的电压源型子模块，HBSM具有全控型电力电子开关少、成本低、损耗小的优点。但在全控型电力电子开关内部反并联二极管的续流作用下，HBSM-MMC自身缺乏直流故障闭锁能力，加之高电压大容量直流断路器的制造工艺尚不成熟，且成本高昂。HBSM-MMC仅能依赖交流侧断路器拉断短路电流消除直流短路故障。这不但会引起较长时间的输电中断，还导致需要增大设备额定参数、配置高速旁路开关等辅助性措施(王姗姗，周孝信，汤广福，等.模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析[J].中国电机工程学报，2011，31(1)：1-7)。故此HBSM-MMC型拓扑并不适用于易发生闪络等直流故障的架空线路输电系统，美国的跨湾工程和中国上海南汇风电场示范工程，都采用的是造价昂贵、故障率低的地下电缆双端系统的方案。

若在直流发生故障时刻，利用基于模块化多电平型变流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)变流器的自身能力，即通过将其中全控型电力电子开关的脉冲闭锁后在故障回路形成与短路电流方向相反的反电动势，对短路电流进行快速抑制，并在可恢复直流故障结束后迅速恢复直流供电，将使得造价经济、充电功率小的架空线路应用于HVDC成为可能。此外，要求HVDC系统在发生各类直流故障期间，还要能迅速控制无功功率输出来支撑交流侧系统。这不仅有助于在直流故障时提高交流系统的电压暂态稳定性，还可减少直流故障恢复后重新建立直流输电的时间。这种技术模式通常称之为柔性直流输电系统的直流故障穿越技术或直流故障后的静止同步补偿器(STATCOM)运行技术。

实现柔性直流输电系统直流故障穿越技术的主要研究方向包括：

其一，是以降低具备直流故障闭锁或双向电压阻断能力的功率子模块成本为目标，开展对新型功率子模块拓扑的研究。这类功率子模块拓扑分为两电平和多电平两大类，新型两电平功率子模块主要为单极电压全桥子模块(UBSM,unipolar-voltage full-bridge sub-module)(Qin,J.,et al.,Hybrid Design of Modular MultilevelConverters for HVDC Systems Based on Various Submodule Circuits.IEEETransactions on Power Delivery,2015.30(1):p.385-394.)；新型多电平功率子模块种类较多，重要的包括：箝位双子模块结构(CDSM,clamp-double sub-module)，(Marquardt,R.,"Modular Multilevel Converter:An universal concept for HVDC-Networks andextended DC-Bus-applications,"Power Electronics Conference(IPEC),2010International,vol.,no.,pp.502,507,21-24June 2010.)；不对称融通子模块(ACSM，asymmetrical commutation sub-module)以及三电平NPC和三电平FC结构(Nami,A.,etal.,Modular Multilevel Converters for HVDC Applications:Review on ConverterCells and Functionalities.IEEE Transactions on Power Electronics,2015.30(1):p.18-36.)；五电平交叉连接子模块(5LCCSM,5-level cross-connected sub-module)及其变形三电平交叉连接子模块(3LCCSM,3-level cross-connected sub-module)(Elserougi,A.A.,A.M.Massoud and S.Ahmed,A Switched-Capacitor Submodule forModular Multilevel HVDC Converters With DC-Fault Blocking Capability and aReduced Number of Sensors.IEEE Transactions on Power Delivery,2016.31(1):p.313-322.)等。

其二，是将具备直流故障闭锁能力的功率子模块与不具备直流故障闭锁能力的HBSM或串联IGBT(绝缘门极双极型晶体管)开关组进行拓扑混合，达到减少整体器件使用数量，降低成本和损耗的目的，即新型MMC-HVDC混合拓扑。在该研究领域，一类是具备直流故障闭锁能力的模块与HBSM的模块混合式MMC方案，包括功率子模块混合型和桥臂混合型两种：其中功率子模块混合型的特点是每个桥臂内由不同类型的功率子模块进行混合(Zeng,R.；Xu,L.；Yao,L.；Morrow,J.,"Pre-charging and DC Fault Ride-Through of HybridMMC Based HVDC Systems,"Power Delivery,IEEE Transactions on,vol.PP,no.99,pp.1,1.2014.)，而桥臂混合型特点则是变流器的三相上桥臂与下桥臂分别采用不同类型功率子模块的混合(Alireza Nami,Jiaqi Liang Frans Dijkhuizen,“Analysis ofModular Multilevel Converters with DC Short Circuit Fault Blocking Capabilityin Bipolar HVDC Transmission Systems,”Power Electronics and Applications,201517th European Conference on ECCE-Europe)。另一类混合型拓扑，则是将全桥子模块(FBSM)与串联IGBT组通过不同方式进行混合，包括交替桥臂导通型变流器(AAC,alternative arm converter)(Merlin,M.M.C.；Green,T.C.；Mitcheson,P.D.；Trainer,D.R.；Critchley,R.；Crookes,W.；Hassan,F.,"The Alternate Arm Converter:A NewHybrid Multilevel Converter With DC-Fault Blocking Capability,"PowerDelivery,IEEE Transactions on,vol.29,no.1,pp.310,317,Feb.2014.)，交流侧级联H桥混合多电平(HCMC,hybrid cascaded multilevel converter with ac side cascaded H-bridge cells)(Adam,G.P.；Ahmed,K.H.；Williams,B.W.,"Mixed cells modularmultilevel converter,"Industrial Electronics(ISIE),2014IEEE 23rdInternational Symposium on,vol.,no.,pp.1390,1395,1-4June 2014)及直流侧级联H桥三相混合多电平变流器(Adam,G.P.,et al.,Hybrid Multilevel Converter WithCascaded H-bridge Cells for HVDC Applications:Operating Principle andScalability.IEEE Transactions on Power Electronics,2015.30(1):p.65-77.)。它们的共同特点是采用IGBT串联技术构成的高压两电平结构，优势是不但使用的IGBT器件数量与混合型MMC相当或略少，而且直流电容的使用量大幅降低；问题在于IGBT串联阀组动态均压损耗较大，且需配置直流滤波器。

当前，包括上述各类配置方式和主电路拓扑在内的绝大多数柔性直流输电系统方案，其输电系统主接线普遍采用“伪双极”系统接线方式(徐政等，柔性直流输电系统，机械工业出版社，2012)。该方式主要存在的问题是：1)可靠性较低，不能与常规直流输电的双极系统相比，通常采用伪双极连接方式的系统只要单极换流器单元发生故障或一个单极的直流线路发生故障，整个双极系统就会全部停止运行，不能像常规直流输电那样仍保留一极运行；2)构成的柔性直流系统容量较小，只能采用一个VSC(电压源变流器)或MMC(模块化多电平变流器)单元，无法实现多单元的串并联组合扩容。因此，对于大容量的柔性直流输电系统或者采用架空线路的柔性直流输电系统，采用“伪双极”接线在运行可靠性和输电容量上均存在较大的局限。

采用真双极系统接线，可有效解决上述问题。在目前采用真双极柔性直流输电系统的方案中，有文献一(Alireza Nami,J.L.F.D.,Analysis of Modular MultilevelConverters with DC Short Circuit Fault Blocking Capability in Bipolar HVDCTransmission Systems.Power Electronics and Applications,2015 17th EuropeanConference on,2015.)在其同一个单极模块化多电平变流器中采用不同类型的子模块进行混合，具体表述为3个上(下)桥臂和3个下(上)桥臂分别采用FBSM和HBSM混合构成，在一定程度上兼顾了较低经济成本和实现直流故障穿越功能，在直流故障期间可实现STATCOM方式运行。但该方案存在的问题是，每极仅1个MMC变流器不利于电压等级的拓展和功率容量的扩大；其次，FBSM采用的器件数量和成本高，即便与同等数量的HBSM进行混合，使用的全控型电力电子开关仍然较高。而且，一个MMC内部包括不同类型的功率子模块，妨碍了某些极具经济成本优势的功率子模块的的应用，如对角桥式子模块(DBSM)(专利申请号：201510932787.X)每个功率子模块内部仅包括2个全控型电力电子开关和2个二极管，全控型电力电子开关数量仅为FBSM的1/2，运行特点是仅允许单向电流而输出电压为双极性。HBSM运行特点是运行电流双向流动而输出电压为单极性，因而这两类功率子模块直接构成类似的桥臂混合方式的MMC运行存在困难。文献二(Xue,Y.and Z.Xu,On the Bipolar MMC-HVDC Topology Suitable for Bulk Power Overhead Line Transmission:Configuration,Control,and DC Fault Analysis.IEEE Transactions on PowerDelivery,2014.29(6):p.2420-2429.)提出了一种变流器组合式柔性直流输电系统。该柔性直流系统每一极均采用多个MMC单元串联，用以实现电压等级和功率容量的拓展；全部使用的MMC单元均相同，每个MMC单元全部由CDSM(箝位双子模块)构成，当直流故障期间可实现对短路电流的快速抑制。但其问题在于，尽管每个CDSM使用的全控型电力电子开关数量比一个FBSM和HBSM之和使用的数量要少1个，但却多2个二极管，整体经济性并无优势；更为不利的是，由于CDSM在脉冲闭锁条件下对电压在正、负方向的闭锁能力和电压输出能力不一致，因而在直流故障期间无法运行在STATCOM方式，大大限制了其应用范围。

综上，现有采用真双极系统接线的柔性直流输电方案，功率子模块配置形式较为单一，并且在功率容量等级和电压等级、使用器件总体成本和在直流故障期间能够向交流系统提供的最大无功功率容量多个关键指标方面难以同时兼顾和达到最优。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流(简称柔直)输电系统，该柔性直流输电系统可采用单极系统接线或真双极系统接线形式，适于高压、大容量电源采用架空线路的直流远距离传输。当柔直输电系统直流侧线路发生单极对地短路故障或双极短路故障时，利用其自身可以实现故障电流的快速清除，同时能在直流故障期间运行于STATCOM模式，为交流电网提供无功支撑，并且在具备相同最大无功功率输出能力条件下，本发明使用的全控型电力电子开关和二极管数量整体最少，具有优良的经济优势。

基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用单极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器构成，三相换流变压器组由第一、第二三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；第一、第二三相换流变压器单元的副边端口分别与正极A、B型组合式换流器的交流侧端口连接，第一、第二三相换流变压器单元的原边端口均接入柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；

该组合式模块化多电平变流器直流侧电压等于正极A型组合式换流器的直流正、负极端口电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当本输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压。

基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用真双极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器、负极B型组合式换流器和负极A型组合式换流器构成，该三相换流变压器组由第一、第二、第三、第四三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入正极直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；负极B型组合式换流器的直流正极端口与接地极连接，其直流负极端口与负极A型组合式换流器的直流正极端口相串联，负极A型组合式换流器的直流负极端口接入负极直流线路；第一、第四三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极A型组合式换流器的交流侧端口连接，第二、第三三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极B型组合式换流器的交流侧端口连接，各个三相换流变压器单元的原边端口均接入本柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；

该组合式模块化多电平变流器的正极直流电压为正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压之和；其组合式模块化多电平变流器的负极直流电压为负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与负极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压不小于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压，负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于负极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出的基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，可采用单极系统接线或真双极系统接线方式，其中每一极组合式模块化多电平变流器分别由A型组合式换流器和B型组合式换流器依照本发明方式组合串联构成。组合式模块化多电平变流器结构能够有效提高柔性直流输电系统的电压输送等级和功率输送容量，将具有故障电流限制能力的A型组合式换流器与最具器件成本优势的B型组合式换流器进行组合，可自动清除发生单极或双极直流短路故障时的故障短路电流；并且在直流故障期间，故障极的B型和部分类型的A型组合式模块化多电平变流器均可运行在STATCOM工作模式，为柔性直流输电系统发端或受端的交流电网提供可控的动态无功支撑，有助于提高柔性直流输电系统发端或受端的交流系统电压暂态稳定性并减少直流故障恢复时间，是解决大容量电源通过架空线路远距离直流输送的极具经济优势的方案；此外，本发明采用真双极系统接线方式，其中一极发生对地短路故障时，不会影响柔性直流输电系统另一极的正常运行，有效提高柔直输电系统运行的可靠性。

本发明内的A型组合式换流器由不同亚类型的A型MMC单元构成时，本输电系统将具有不同的成本和功能特性。当A型组合式换流器全部由A₃型MMC单元构成时，所述柔性直流输电系统仅流过单向电流，适用于可再生能源接入等应用场合，使用的全控型电力电子开关数量与完全由HBSM构成的MMC换流器相等，具有极高的成本优势，在直流故障期间能够为交流系统提供的最大无功功率容量与柔直系统中B型组合式换流器功率容量相当；当A型组合式换流器全部由A₂型MMC单元或A₄型MMC单元构成时，所述柔性直流输电系统可流过双向电流，使用的全控型电力电子开关数量与文献二方案相等，使用的二极管数量仅为文献二中的一半，且在直流短路故障期间能够向交流系统提供的最大无功功率容量与柔直系统中B型组合式换流器功率容量相当；当A型组合式换流器全部由A₁型MMC单元或A₅型MMC单元构成时，所述柔性直流输电系统可流过双向电流，使用的全控型电力电子开关数量与文献一方案相等，且在直流短路故障期间能够向交流系统提供的最大无功功率容量与柔直系统中A型组合式换流器和B型组合式换流器功率容量之和相当。

附图说明

图1是本发明的柔性直流输电单极系统主接线结构示意图；

图2是本发明的柔性直流输电真双极系统主接线结构示意图；

图3是本发明的组合式换流器的具体结构示意图，其中图3(a)表示正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器，图3(b)表示正极B型组合式换流器或负极B型组合式换流器，其中各A型MMC单元组的第i个A型MMC单元负极端均相互独立、B型MMC单元组的第q个B型MMC单元负极端均相互独立；

图4是本发明的组合式换流器的具体结构示意图，其中图4(a)表示正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器，图4(b)表示正极B型组合式换流器或负极B型组合式换流器，其中各A型MMC单元组的第i个A型MMC单元负极端均相互连接、B型MMC单元组的第q个B型MMC单元负极端均相互连接；

图5是本发明的A型模块化多电平变流器单元和B型模块化多电平变流器单元共同具体结构示意图；

图6是本发明的A型模块化多电平变流器单元的桥臂具体结构示意图，其中图6(a)表示上桥臂、图6(b)表示下桥臂；

图7是本发明的B型模块化多电平变流器单元的桥臂具体结构示意图，其中图7(a)表示上桥臂、图7(b)表示下桥臂；

图8是本发明的A₁型模块化多电平变流器单元具体结构示意图；

图9是本发明的B₁型模块化多电平变流器单元具体结构示意图；

图10是本发明的A型电压源子模块具体结构示意图；

图11是本发明的B型电压源子模块具体结构示意图；

图12是本发明的具体实施例±800kV柔性直流系统主接线结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流(简称柔直)输电系统，结合附图和具体实施例进一步说明如下。

本发明提出的基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，具有单极系统接线和真双极系统接线两种系统接线方式，均包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组。

当本发明的柔直输电系统采用单极系统接线时，其电路结构如图1所示，该系统包括由1个正极A型组合式换流器1和1个正极B型组合式换流器2构成的组合式模块化多电平变流器，以及由1个三相换流变压器单元5和1个三相换流变压器单元6构成的三相换流变压器组；其中，正极A型组合式换流器1的直流正极端口11接入直流线路，正极A型组合式换流器1的直流负极端口12与正极B型组合式换流器2的直流正极端口21相互串联，正极B型组合式换流器2的直流负极端口22与接地极连接；三相换流变压器单元5、6的副边端口52、62分别与正极A型组合式换流器1的交流侧端口13、正极B型组合式换流器2的交流侧端口23连接，三相换流变压器单元5、6的原边端口51、61均接入柔性直流输电系统发端或受端的交流电网。假设正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口11、12间电压记为U_dc,A，正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口21、22间电压记为U_dc,B，组合式模块化多电平变流器直流侧电压为U_dc，则U_dc为正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口间电压U_dc,A与正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口间电压U_dc,B之和，其数学表达式为：

U_dc＝U_dc,A+U_dc,B (1)

当本发明的柔直输电系统采用真双极系统接线时，其电路结构如图2所示，该系统包括由1个正极A型组合式换流器1、1个正极B型组合式换流器2、1个负极B型组合式换流器3和1个负极A型组合式换流器4构成的组合式模块化多电平变流器，以及由4个三相换流变压器单元5、6、7、8构成的三相换流变压器；其中，正极A型组合式换流器1的直流正极端口11接入正极直流线路，正极A型组合式换流器1的直流负极端口12与正极B型组合式换流器2的直流正极端口21相互串联，正极B型组合式换流器2的直流负极端口22与接地极连接；负极B型组合式换流器3的直流正极端口31与接地极连接，负极B型组合式换流器3的直流负极端口32与负极A型组合式换流器4的直流正极端口41相串联，负极A型组合式换流器4的直流负极端口42接入负极直流线路；三相换流变压器单元5、8的副边端口52、82分别与正极A型组合式换流器1的交流侧端口13、负极A型组合式换流器4的交流侧端口43连接，三相换流变压器单元6、7的副边端口62、72分别与正极B型组合式换流器2的交流侧端口23、负极B型组合式换流器3的交流侧端口33连接，三相换流变压器单元5、6、7、8的原边端口51、61、71、81均接入本柔性直流输电系统发端或受端的交流电网。假设正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口11、12间电压为U_dc,PA，正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口21、22间电压为U_dc,PB，负极A型组合式换流器4的直流正、负极端口41、42间电压为U_dc,NA，负极B型组合式换流器3的直流正、负极端口31、32间电压为U_dc,NB；则组合式模块化多电平变流器的正极直流电压U_dc,P为正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口间电压U_dc,PA与正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口间电压U_dc,PB之和，负极直流电压U_dc,N为负极A型组合式换流器4的直流正、负极端口间电压U_dc,NA与负极B型组合式换流器3的直流正、负极端口电压U_dc,NB之和，数学表达式为：

正极A型组合式换流器1、正极B型组合式换流器2、负极B型组合式换流器3、负极A型组合式换流器4的额定直流电流值均相同，均表示为I_dc。

当直流短路故障时，正、负极A型组合式换流器直流端电压极性反转，而正、负极B型组合式换流器直流电压维持不变。

所述正极A型组合式换流器1、负极A型组合式换流器4的组成结构如图3(a)或图4(a)所示，均由共计m(m通常为1到10之间的正整数)个A型模块化多电平变流器(简称A型MMC)单元组构成，其中每个A型MMC单元组均包含j个(j通常为1到10之间的正整数)A型MMC单元，均共计包含s_A(s_A＝m×j)个A型MMC单元；所述每个A型MMC单元组中的第1个A型MMC单元的直流正极端作为该A型MMC单元组的直流正极端，第i(i＝1,2,…,j-1)个A型MMC单元的直流负极端与第i+1个A型MMC单元的直流正极端相连接，第j个A型MMC单元的直流负极端作为该A型MMC单元组的直流负极端。将第1组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC₁₁、A型MMC₁₂、…、A型MMC_1j；第x(x＝1,2,……，m-1)组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_x1、A型MMC_x2、…、A型MMC_xj；第m组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_m1、A型MMC_m2、…、A型MMC_mj。同时将第1组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_d11、V_d12、…、V_d1j，j个A型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组A型MMC单元组额定直流电流，记为I_d1；第x组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dx1、V_dx2、…、V_dxj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第x组A型MMC单元组额定直流电流，记为I_dx；第m组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dm1、V_dm2、…、V_dmj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第m组A型MMC单元组额定直流电流，记为I_dm。

A型MMC单元直流电压应满足排在各个A型MMC单元组中相同位序的共计m个A型MMC单元的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_d1、…、V_di、…、V_dj分别表示由正极向负极排序时，对应位序的A型MMC单元额定直流电压；

并且正极A型组合式换流器1的直流电压U_dc,PA或负极A型组合式换流器4的直流电压U_dc,NA均等于所包含的各A型MMC单元组中全部位序的A型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极A型组合式换流器1或负极A型组合式换流器4的额定直流电流I_dc等于所包含的m个A型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

且优选的m个A型MMC单元组的额定直流电流均相等。

所述正极B型组合式换流器2、负极B型组合式换流器3的组成结构如图3(b)或图4(b)所示，均由共计m个B型模块化多电平变流器(简称B型MMC)单元组构成，其中，每个B型MMC单元组均包含t(t通常为1到10之间的正整数)个B型MMC单元，均共计包含s_B(s_B＝m×t)个B型MMC单元；所述每个B型MMC单元组中的第1个B型MMC单元的直流正极端作为该B型MMC单元组的直流正极端，第q(q＝1,2,…,t-1)个B型MMC单元的直流负极端与第q+1个B型MMC单元的直流正极端相连接，第t个B型MMC单元的直流负极端作为该B型MMC单元组的直流负极端。将第1组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC₁₁、B型MMC₁₂、…、B型MMC_1t；第x(x＝1,2,……，m-1)组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_x1、B型MMC_x2、…、B型MMC_xt；第m组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_m1、B型MMC_m2、…、B型MMC_mt；同时将第1组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_e11、V_e12、…、V_e1t，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组B型MMC单元组额定直流电流，记为I_e1；第x组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_ex1、V_ex2、…、V_ext，t个B型MMC单元额定直流均相等，并等于第x组B型MMC单元组额定直流电流，记为I_ex；第m组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_em1、V_em2、…、V_emt，t个B型MMC单元额定直流均相等，并等于第m组B型MMC单元组额定直流电流，记为I_em。

B型MMC单元直流电压应满足排在各个B型MMC单元组中相同位序的共计m个B型MMC单元组的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_e1、…、V_eq、…、V_et分别表示由正极向负极排序时，对应位序的B型MMC单元额定直流电压；

并且正极B型组合式换流器2的直流电压U_dc,PB或负极B型组合式换流器3的直流电压U_dc,NB均等于所包含的各B型MMC单元组中全部位序的B型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极B型组合式换流器2或负极B型组合式换流器3的额定直流电流I_dc等于所包含的m个B型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

且优选的m个B型MMC单元组的额定直流电流均相等。

所述正极A型组合式换流器1的m个A型MMC单元组的直流正极端全部相互连接，作为该正极A型组合式换流器1的直流正极端口11；m个A型MMC单元组中每组第i(i＝1,2,…,j-1)个A型MMC单元，即A型MMC_1i、A型MMC_2i…、A型MMC_mi的各直流负极端，既可以相互连接构成一个公共负极端，参见图4(a)，也可相互不连接保持各自独立，参见图3(a)；m个A型MMC单元组中每组第j个A型MMC单元，即A型MMC_1j、A型MMC_2j…、A型MMC_mj的直流负极端的集合，作为该正极A型组合式换流器1的直流负极端口12，与正极B型组合式换流器2的直流正极端口21串联。

所述正极B型组合式换流器2的m个B型MMC单元组的直流负极端全部相互连接，作为该正极B型组合式换流器2的直流负极端口22；m个B型MMC单元组中每组第1个B型MMC单元，即B型MMC₁₁、B型MMC₂₁…、B型MMC_m1的直流正极端的集合，作为该正极B型组合式换流器2的直流正极端口21，与正极A型组合式换流器1的直流负极端口12串联；m个B型MMC单元组中的每组第q(q＝1,2,…,t-1)个B型MMC单元，即B型MMC_1q、B型MMC_2q…、B型MMC_mq的直流正极端，既可以相互连接构成一个公共正极端，参见图4(b)，也可以相互不连接保持各自独立，参见图3(b)。

构成正极A型组合式换流器1直流负极端口的m个A型MMC单元，即A型MMC_1j、MMC_2j…、MMC_mj单元的负极端分别与构成正极B型组合式换流器2直流正极端口中同一组别的m个B型MMC单元，即B型MMC₁₁、MMC₂₁…、MMC_m1单元的正极端相连接；形成的m个连接端子，既可以相互连接构成一个公共端口，也可以不连接保持各自独立，且保持各自独立时，正极A型组合换流器1中各A型MMC单元组额定直流电流与正极B型组合式换流器2中各B型MMC单元组额定直流电流应满足：

所述负极A型组合式换流器4的m个A型MMC单元组的直流负极端全部相互连接，作为负极A型组合式换流器4的直流负极端口42；m个A型MMC单元组中每组第i(i＝2,…,j)个A型MMC单元，即A型MMC_1i、A型MMC_2i…、A型MMC_mi的直流正极端，既可以相互连接构成一个公共正极端，参见图4(a)，也可以不连接保持各自独立，参见图3(a)；m个A型MMC单元组中每组第1个A型MMC单元，即A型MMC₁₁、A型MMC₂₁、…、A型MMC_m1的直流正极端的集合，作为该负极A型组合式换流器4的直流正极端口41，与负极B型组合式换流器3的直流负极端口32串联。

所述负极B型组合式换流器3的m个B型MMC单元组的直流正极端全部相互连接，作为该负极B型组合式换流器3的直流正极端口31；m个B型MMC单元组中每组第t个B型MMC单元，即B型MMC_1t、B型MMC_2t、…、B型MMC_mt的直流负极端的集合，作为该负极B型组合式换流器3的直流负极端口32，与负极A型组合式换流器4的直流正极端口41串联；m个B型MMC单元组中每组第q(q＝2,…,t-1)个B型MMC单元，即B型MMC_1q、B型MMC_2q…、B型MMC_mq的直流负极端，既可以相互连接构成一个公共正极端，参见图4(b)，也可以彼此不连接保持相互独立，参见图3(b)。

构成负极A型组合式换流器4直流正极端口的m个A型MMC单元，即A型MMC₁₁、MMC₂₁…、MMC_m1的正极端分别与构成负极B型组合式换流器3直流负极端口中同一组别的m个B型MMC单元，即B型MMC_1t、MMC_2t…、MMC_mt的负极端相连接；形成的m个连接端子，既可以相互连接构成一个公共端口，也可以不连接保持各自独立，且保持各自独立时，负极A型组合换流器4中各A型MMC单元组额定直流电流与负极B型组合式换流器3中各B型MMC单元组额定直流电流应满足式(9)。

本发明所述A型MMC单元和B型MMC单元，均包括结构相同的A、B、C三相，参见图5所示，其中A型MMC单元的每相均由基于A型电压源子模块(A-SM)的上、下2个桥臂串联，B型MMC单元的每相均由基于B型电压源子模块(B-SM)的上、下2个桥臂串联；所述上桥臂正极端P+为该相直流侧正极端，下桥臂负极端N-为该相直流侧负极端；MMC三相的直流侧正极端连接到一起，形成MMC的直流侧正极DC+；MMC三相的直流侧负极端连接到一起，形成MMC的直流侧负极DC-；MMC单元直流侧正极、负极端间电压即为MMC单元的直流电压；上桥臂负极端P-与下桥臂正极端N+的连接点分别为该相交流侧端口Ac、Bc、Cc，Ac、Bc、Cc分别与三相换流变压器副边端口各相线端Ag、Bg、Cg连接。

本发明所述A型MMC单元的桥臂结构如图6(a)、6(b)所示，每个基于A型电压源子模块的桥臂均由k_A个电压源子模块以及一台滤波电抗器L串联组成；其中，上桥臂中第1个A型电压源子模块的正极端作为该桥臂的正极端P+，第e(e＝1,2,…,k_A-1)个A型电压源子模块的负极端与第e+1个A型电压源子模块的正极端相连，第k_A个A型电压源子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极P-，如图6(a)所示；下桥臂中第k_A个A型电压源子模块的负极端作为该桥臂的负极端N-，第e+1个A型电压源子模块的正极端与第e个A型电压源子模块的负极端相连，第1个A型电压源子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端N+，如图6(b)所示。

本发明所述B型MMC单元的桥臂结构如图7(a)、7(b)所示，每个基于B型电压源子模块的桥臂均由k_B个B型电压源子模块以及一台滤波电抗器L串联组成；其中，上桥臂中第1个B型电压源子模块的正极端作为该桥臂的正极端P+，第f(f＝1,2,…,k_B-1)个B型电压源子模块的负极端与第f+1个B型电压源子模块的正极端相连，第k_B个B型电压源子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极P-，如图7(a)所示；下桥臂中第k_B个B型电压源子模块的负极端作为该桥臂的负极端N-，第f+1个B型电压源子模块的正极端与第f个B型电压源子模块的负极端相连，第1个B型电压源子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端N+，如图7(b)所示。

对处于正极A型组合式换流器1或负极A型组合式换流器4中第x组中第i(i＝1,2,…,j-1)个A型MMC单元，记为A型MMC_xi单元，其上、下桥臂中A-SM的个数k_A应满足：

k_A≥(V_mxi+V_di/2)/U_cA (10)

其中U_cA为每个A-SM内等效直流电容总电压，通常为子模块内各直流电容电压之和；V_di为A型MMC_xi单元直流电压，V_mxi为A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_di和V_mxi通常满足以下关系：

V_di＝2h_AV_mxi (11)

式中，h_A表示在正常运行条件下A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成A型MMC_xi单元的A-SM不同亚类型，h_A的取值范围通常满足h_A∈[0，1]。

对处于正极B型组合式换流器2或负极B型组合式换流器3中第x组中第q(q＝1,2,…,t-1)个B型MMC单元，记为B型MMC_xq单元，其上、下桥臂中B-SM的个数k_B应满足：

k_B≥(V_mxq+V_eq/2)/U_cB (12)

其中U_cB为每个B-SM内等效直流电容总电压，通常为子模块内各直流电容电压之和；V_eq为B型MMC_xq单元直流电压，V_mxq为B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_eq和V_mxq通常满足以下关系：

V_eq＝2h_BV_mxq (13)

h_B表示在正常运行条件下B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成B型MMC_xq单元的B-SM不同亚类型，h_B的取值范围通常满足h_B＝1。

所述A型电压源子模块为单相电压源型变流器结构，具有n(n为正整数且满足n≥3)个输出电平；记A型电压源子模块输出端口电压为u_SMA，流经A型电压源子模块的电流为i_SMA，且均以A型电压源子模块正极端到负极端为正方向，参见图10，A型电压源子模块中包括g个直流电容，(g为正整数且满足n>g≥1)，其中A-SM内第u个直流电容正极与负极之间的电压差为该直流电容电压U_cAu，(u＝1，2，…，g)，且A型电压源子模块内等效直流电容总电压U_cA满足关系：

在将A型电压源子模块内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁期间：

当电流i_SMA尚未降低至零时，电压u_SMA极性与A型电压源子模块电流i_SMA极性始终保持一致，且u_SMA的幅值与A-SM内等效直流电容总电压U_cA大小相同，可表示为：

若i_SMA>0，则u_SMA>0，且u_SMA＝U_cA

若i_SMA<0，则u_SMA<0，且u_SMA＝-U_cA (15)

当电流i_SMA降低至零(电流截止)时，A-SM正、负端口间可承受正、负双极性电压，且A型电压源子模块输出端口电压u_SMA变化范围满足：

-U_cA<u_SMA<U_cA (16)

A型电压源子模块包括但不限于以下功率子模块亚类型：

全桥子模块(简称FBSM)记为A₁型电压源子模块；单极电压桥子模块(简称UBSM)，记为A₂型电压源子模块；对角桥式子模块(简称DBSM，参见专利申请号201510932787X)记为A₃型电压源子模块；交错连接三电平子模块，记为A₄型电压源子模块；交错连接五电平子模块(属于公知内容)，为A₅型电压源子模块；所述A₁—A₅型电压源子模块均为公知的标准电路，A₂、A₄、A₅参见文献(Qin,J.,et al.,Hybrid Design of Modular MultilevelConverters for HVDC Systems Based on Various Submodule Circuits.IEEETransactions on Power Delivery,2015.30(1):p.385-394.)。

构成每个A型MMC单元的全部A型电压源子模块(共计6k_A个)通常为同一种类。其中，全部由A₁型子模块构成的A型MMC单元，记为A₁型MMC单元；全部由A₂型子模块构成的A型MMC单元，记为A₂型MMC单元；全部由A₃型子模块构成的A型MMC单元，记为A₃型MMC单元；全部由A₄型子模块构成的A型MMC单元，记为A₄型MMC单元；全部由A₅型子模块构成的A型MMC单元，记为A₅型MMC单元。

所述B型电压源子模块为单相电压源型变流器结构，具有r(r为正整数且满足r≥2)个输出电平；记B型电压源子模块输出端口电压为u_SMB，流经B型电压源子模块的电流为i_SMB，且均以B型电压源子模块正极端到负极端为正方向，参见图11，B型电压源子模块中包括d个直流电容，(d为正整数且满足r>d≥1)，其中B-SM内第v个直流电容正极与负极之间的电压差为该直流电容电压U_cBv，(v＝1，2，…，d)，且B型电压源子模块内等效直流电容总电压U_cB满足关系：

在将B型电压源子模块内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁期间：

当流经B-SM的电流i_SMB为负时，B型电压源子模块输出端口电压u_SMB幅值近似为零，可表示为：

B型电压源子模块包括但不限于以下功率子模块亚类型：

半桥子模块(简称HBSM)记为B₁型电压源子模块；双半桥子模块记为B₂型电压源子模块；带阻断开关的T型中点箝位子模块记为B₃型电压源子模块，飞跨电容型三电平子模块记为B₄型电压源子模块；所述B₁—B₄型子模块均为公知的标准电路，其中B₂、B₃、B₄参见文献(Nami,A.,et al.,Modular Multilevel Converters for HVDC Applications:Review onConverter Cells and Functionalities.IEEE Transactions on Power Electronics,2015.30(1):p.18-36.)。

构成每个B型MMC单元的全部B型电压源子模块(共计6k_B个)通常为同一种类。其中，全部由B₁型子模块构成B型MMC单元，记为B₁型MMC单元；全部由B₂型子模块构成B型MMC单元，记为B₂型MMC单元；全部由B₃型子模块构成B型MMC单元，记为B₃型MMC单元；全部由B₄型子模块构成B型MMC单元，记为B₄型MMC单元。

构成正极A型组合式换流器1或负极A型组合式换流器4的全部s_A个A型MMC单元，可由(包括但不限于)5个亚类型A型MMC单元构成；当选用A₃型MMC单元时，s_A个A型MMC单元均由A₃型MMC单元组合构成，A₃型MMC单元通常并不与其他亚类型A型MMC单元混合组合；当选用A₁、A₂、A₄、A₅型MMC单元时，s_A个A型MMC单元既可由其中相同亚类型组合构成，也可由其中不同亚类型组合构成。构成正极B型组合式换流器2或负极B型组合式换流器3的全部s_B个MMC单元，既可全部采用相同类型的B型MMC单元，也可采用不同类型的B型MMC单元。

本发明所述三相换流变压器组5、8均由s_A个三相换流变压器构成，其副边端口52、82分别与正极A型组合式换流器1和负极A型组合式换流器4的交流侧端口13、43连接；所述三相换流变压器组6、7均由s_B个三相换流变压器构成，其副边端口62、72分别与正极B型组合式换流器2和负极B型组合式换流器3的交流侧端口23、33连接。本发明所述三相换流变压器为常规三相电力变压器，通常采用YNd11接法(为公知内容，不属于本发明保护范围)，其原边与副边电气隔离；原边端口各相线端接入所述柔性直流输电系统发端或受端的交流电网，副边端口三相线端Ag、Bg、Cg分别接入对应的A型MMC单元或B型MMC单元三相交流侧端口Ac、Bc、Cc。将与正极A型组合式换流器1或负极A型组合式换流器4中任一A型MMC_xi(x＝1、2、…、m；i＝1、2、…、j)单元对应连接的三相换流变压器记为T_Axi，将与正极B型组合式换流器2或负极B型组合式换流器3中任一B型MMC_xq(x＝1、2、…、m；q＝1、2、…、t)单元对应连接的三相换流变压器记为T_Bxq。

所述三相换流变压器T_Axi的原、副边线电压变比K_TA满足关系：

所述三相换流变压器T_Bxq的原、副边线电压变比K_TB满足关系：

上两式中U_s为与所述柔性直流输电系统送端或受端接入的交流电网线电压有效值。

本发明所述基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其运行特征在于：

当采用单极系统接线方式的柔性直流输电系统处于正常输电运行模式，应满足正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口间电压U_dc,A不小于正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口间电压U_dc,B，即满足下式：

U_dc,A≥U_dc,B (21)

当采用真双极系统接线方式的柔直输电系统处于正常运行模式，应满足正极A型组合式换流器1的直流正、负极端口间电压U_dc,PA不小于正极B型组合式换流器2的直流正、负极端口间电压U_dc,PB，负极A型组合式换流器4的直流正、负极端口间电压U_dc,NA不小于负极B型组合式换流器3的直流正、负极端口间电压U_dc,NB，即满足：

U_dc,PA≥U_dc,PB

U_dc,NA≥U_dc,NB (22)

当发生正极直流线路对地短路故障时，正极B型组合式换流器2受控保持直流侧电压U_dc,PB保持不变，并将运行模式由有功功率输送模式转为STATCOM工作模式，等效为星形接法的STATCOM运行方式，根据交流电网无功需求提供无功支撑；同时立即将正极A型组合式换流器1内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁，至正极A型组合换流器1的直流极电流截止为零，此时正极A型组合式换流器1以及内部全部A型MMC单元直流电压极性全部翻转，且满足U_dc,PA＝-U_dc,PB。当正极A型组合式换流器1内包含A₁型MMC单元时，包含的全部A₁型MMC单元运行模式转为STATCOM工作模式，根据交流电网无功需求提供无功支撑。

发生负极直流线路对地短路故障时，负极B型组合式换流器3受控保持直流侧电压U_dc,NB保持不变，并且运行模式由有功功率输送模式转为STATCOM工作模式，等效为星形接法的STATCOM运行方式，根据交流电网无功需求提供无功支撑；同时立即将负极A型组合式换流器4内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁，至负极A型组合换流器4的直流极电流截止至零，此时负极A型组合式换流器4以及内部全部A型MMC单元直流电压极性全部翻转，且满足U_dc,NA＝-U_dc,NB。当负极A型组合式换流器4内包含A₁型MMC单元时，包含的全部A₁型MMC单元运行模式转为STATCOM工作模式，根据交流电网无功需求提供无功支撑。

下面以本发明采用真双极系统接线的±800kV柔性直流输电系统为例，说明其具体实施方式，系统简图见图12。

在该实施例中，柔性直流输电系统关键参数见下表：

在本实施例中，柔直输电系统采用真双极系统接线，发端或受端接入的三相交流电网线电压为500kV，单极最大额定容量为1500MW。正极A型组合式换流器1的直流正极端口11接入正极直流线路，正极A型组合式换流器1的直流负极端口12与正极B型组合式换流器2的直流正极端口21相互串联，正极B型组合式换流器2的直流负极端口22与接地极连接；负极B型组合式换流器3的直流正极端口31与接地极连接，负极B型组合式换流器3的直流负极端口32与负极A型组合式换流器4的直流正极端口41相串联，负极A型组合式换流器4的直流负极端口42接入负极直流线路。正极直流线路对接地极电压为800kV，负极直流线路对接地极电压为-800kV，直流线路额定电流为1.88kA。

本实施例的正极A型组合式换流器1、正极B型组合式换流器2、负极B型组合式换流器3、负极A型组合式换流器4的额定直流电压均为400kV，各自包括2个并联的MMC单元组，每个MMC单元组均由3个MMC单元依次串联；其中，正极A型组合式换流器1包括的2个MMC单元组中，1个为包括3个A₁型MMC单元的A₁型MMC单元组，1个为包括3个A₂型MMC单元的A₂型MMC单元组；正极B型组合式换流器2和负极B型组合式换流器3均由B₁型MMC单元构成；负极A型组合式换流器4均由A₂型MMC单元构成。全部A₁型MMC单元、A₂型MMC单元、B₁型MMC单元的额定直流电压均为133kV、额定直流电流均为0.94kA。

正极A型组合式换流器1的直流正极端口11由1个A₁型MMC单元组的直流正极端和1个A₂型MMC单元组的直流正极端相互连接组成；A₁型MMC单元组的直流正极端由其中第1个A₁型MMC单元的直流正极端构成，第i(i＝1,2)个A₁型MMC单元的直流负极端与第i+1个A₁型MMC单元的直流正极端相连接，第3个A₁型MMC单元的直流负极端构成该A₁型MMC单元组的直流负极端；A₂型MMC单元组的直流正极端由其中第1个A₂型MMC单元的直流正极端构成，第i(i＝1,2)个A₂型MMC单元的直流负极端与第i+1个A₂型MMC单元的直流正极端相连接，第3个A₂型MMC单元的直流负极端构成该A₂型MMC单元组的直流负极端；正极A型组合式换流器1的直流负极端口12由1个A₁型MMC单元组的直流负极端和1个A₂型MMC单元组的直流负极端相互连接组成。

正极B型组合式换流器2和负极B型组合式换流器3的直流正极端口21、31均由2个B₁型MMC单元组的直流正极端相互连接组成；每个B₁型MMC单元组的直流正极端由其中第1个B₁型MMC单元的直流正极端构成，第q(q＝1,2)个B₁型MMC单元的直流负极端与第q+1个B₁型MMC单元的直流正极端相连接，第3个B₁型MMC单元的直流负极端构成该B₁型MMC单元组的直流负极端；正极B型组合式换流器2和负极B型组合式换流器3的直流负极端口22、32均由2个B₁型MMC单元组的直流负极端相互连接组成。

负极A型组合式换流器4的直流正极端口41由2个A₂型MMC单元组的直流正极端相互连接组成；A₂型MMC单元组的直流正极端由其中第1个A₂型MMC单元的直流正极端构成，第i(i＝1,2)个A₂型MMC单元的直流负极端与第i+1个A₂型MMC单元的直流正极端相连接，第3个A₂型MMC单元的直流负极端构成该A₂型MMC单元组的直流负极端；负极A型组合式换流器4的直流负极端口42由2个A₂型MMC单元组的直流负极端相互连接组成。

本实施例中的A₁型MMC单元(图8)、A₂型MMC单元和B₁型MMC单元(图9)，均包括结构相同的A,B,C三相，其中上桥臂正极端P+为该相直流侧正极端，下桥臂负极端N-为该相直流侧负极端；变流器各相的直流侧正端连接到一起，形成变流器单元的直流侧正极DC+；变流器各相的直流侧负端连接到一起，形成变流器单元的直流侧负极DC-；直流侧正极DC+和负极DC-之间的电压差为MMC单元的直流电压；上桥臂负极端P-与下桥臂正极端N+的连接点分别为该相交流侧端口Ac、Bc、Cc，Ac、Bc、Cc分别与三相换流变压器副边端口各相线端Ag、Bg、Cg连接；A₁型MMC的每相均由基于A₁型子模块的上、下2个桥臂串联，A₂型MMC的每相均由基于A₂型子模块的上、下2个桥臂串联，B₁型MMC的每相均由基于B₁型子模块的上、下2个桥臂串联。

如图8所示：每个基于A₁型子模块的桥臂由64个A₁型子模块以及一台滤波电抗器L串联组成；上桥臂中第1个A₁型子模块的正极端作为该桥臂的正极端P+，第e个A₁型子模块的负极端与第e+1个A₁型子模块的正极端相连，(e＝1,2,…,63)，第64个A₁型子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极P-；下桥臂中第64个A₁型子模块的负极端作为该桥臂的负极端N-，第e+1个A₁型子模块的正极端与第e个A₁型子模块的负极端相连，第1个A₁型子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端N+。

每个基于A₂型子模块的桥臂由64个A₂型子模块以及一台滤波电抗器L串联组成；上桥臂中第1个A₂型子模块的正极端作为该桥臂的正极端P+，第e个A₂型子模块的负极端与第e+1个A₂型子模块的正极端相连，(e＝1,2,…,63)，第64个A₂型子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极P-；下桥臂中第64个A₂型子模块的负极端作为该桥臂的负极端N-，第e+1个A₂型子模块的正极端与第e个A₂型子模块的负极端相连，第1个A₂型子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端N+。

如图9所示，每个基于B₁型子模块的桥臂由64个B₁型子模块以及一台滤波电抗器L串联组成；上桥臂中第1个B₁型子模块的正极端作为该桥臂的正极端P+，第f(f＝1,2,…,63)个B₁型子模块的负极端与第f+1个B₁型子模块的正极端相连，第64个B₁型子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极P-；下桥臂中第64个B₁型子模块的负极端作为该桥臂的负极端N-，第f+1个B₁型子模块的正极端与第f个B₁型子模块的负极端相连，第1个B₁型子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端N+。

本实施例中A₁型子模块为全桥子模块，属于公知内容；A₂型子模块为单极电压桥子模块，属于公知内容；B₁型子模块为半桥子模块，属于公知内容。三种子模块A₁-SM、A₂-SM、A₃-SM的额定直流电压为2kV。

本实施例中，三相换流变压器组5由6个三相换流变压器T_AP11、T_AP12、T_AP13、T_AP21、T_AP22、T_AP23(本实施例中，三相换流变压器和MMC单元下标中包含P，表示其属于正极组合式换流器或与之连接的三相换流变压器单元；下标中包含N，表示其属于负极组合式换流器或与之连接的三相换流变压器单元)构成，其副边端口由T_AP11、T_AP12、T_AP13、T_AP21、T_AP22、T_AP23的副边端口共同构成，其各相线端Ag、Bg、Cg分别与A₁型MMC_P11、A₁型MMC_P12、A₁型MMC_P13、A₂型MMC_P21、A₂型MMC_P22、A₂型MMC_P23的交流侧端Ac、Bc、Cc相连接，原、副边线电压变比K_TA为6.5；三相换流变压器组6由6个三相换流变压器T_BP11、T_BP12、T_BP13、T_BP21、T_BP22、T_BP23构成，其副边端口由T_BP11、T_BP12、T_BP13、T_BP21、T_BP22、T_BP23的副边端口共同构成，其各相线端Ag、Bg、Cg分别与B₁型MMC_P11、B₁型MMC_P12、B₁型MMC_P13、B₁型MMC_P21、B₁型MMC_P22、B₁型MMC_P23的交流侧端Ac、Bc、Cc相连接，原、副边线电压变比K_TB为6.5；三相换流变压器组7由6个三相换流变压器T_BN11、T_BN12、T_BN13、T_BN21、T_BN22、T_BN23构成，其副边端口由T_BN11、T_BN12、T_BN13、T_BN21、T_BN22、T_BN23的副边端口共同构成，其各相线端Ag、Bg、Cg分别与B₁型MMC_N11、B₁型MMC_N12、B₁型MMC_N13、B₁型MMC_N21、B₁型MMC_N22、B₁型MMC_N23的交流侧端Ac、Bc、Cc相连接，原、副边线电压变比K_TB为6.5；三相换流变压器组8由6个三相换流变压器T_AN11、T_AN12、T_AN13、T_AN21、T_AN22、T_AN23构成，其副边端口由T_AN11、T_AN12、T_AN13、T_AN21、T_AN22、T_AN23的副边端口共同构成，其各相线端Ag、Bg、Cg分别与A₂型MMC_N11、A₂型MMC_N12、A₂型MMC_N13、A₂型MMC_N21、A₂型MMC_N22、A₂型MMC_N23的交流侧端Ac、Bc、Cc相连接，原、副边线电压变比K_TA为6.5。

本实施例三相换流变压器组5、6、7、8中的三相换流变压器为常规三相电力变压器，采用YNd11接法(为公知内容，不属于本发明保护范围)，原边与副边电气隔离，且原边各相线端均接入所述柔性直流输电系统发端或受端交流系统。

Claims (11)

1.一种基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用单极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器构成，三相换流变压器组由第一、第二三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；第一、第二三相换流变压器单元的副边端口分别与正极A、B型组合式换流器的交流侧端口连接，第一、第二三相换流变压器单元的原边端口均接入柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；

该组合式模块化多电平变流器直流侧电压等于正极A型组合式换流器的直流正、负极端口电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当本输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压；

所述正极A型组合式换流器由m个A型MMC单元组构成，m为正整数，每个A型MMC单元组均包含j个A型MMC单元，j为正整数，均共计包含s_A＝m×j个A型MMC单元；每个所述A型MMC单元组中的第1个A型MMC单元的直流正极端作为该A型MMC单元组的直流正极端，第i个A型MMC单元的直流负极端与第i+1个A型MMC单元的直流正极端相连接，i＝1,2,…,j-1，第j个A型MMC单元的直流负极端作为该A型MMC单元组的直流负极端；将第1组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC₁₁、A型MMC₁₂、…、A型MMC_1j；第x组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_x1、A型MMC_x2、…、A型MMC_xj，x＝1,2,……，m-1；第m组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_m1、A型MMC_m2、…、A型MMC_mj；同时将第1组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_d11、V_d12、…、V_d1j，j个A型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组A型MMC单元组额定直流电流I_d1；第x组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dx1、V_dx2、…、V_dxj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第x组A型MMC单元组额定直流电流I_dx；第m组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dm1、V_dm2、…、Vd_mj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第m组A型MMC单元组额定直流电流I_dm；A型MMC单元直流电压应满足排在各个A型MMC单元组中相同位序的共计m个A型MMC单元的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_d1、…、V_di、…、V_dj分别表示由正极向负极排序时，对应位序的A型MMC单元额定直流电压；

所述正极A型组合式换流器的直流电压U_dc,PA等于所包含的各A型MMC单元组中全部位序的A型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极A型组合式换流器的额定直流电流等于所包含的m个A型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

所述正极B型组合式换流器由共计m个B型MMC单元组构成，每个B型MMC单元组均包含t个B型MMC单元，t为正整数，均共计包含s_B＝m×t个B型MMC单元；每个所述B型MMC单元组中的第1个B型MMC单元的直流正极端作为该B型MMC单元组的直流正极端，第q个B型MMC单元的直流负极端与第q+1个B型MMC单元的直流正极端相连接，q＝1,2,…,t-1，第t个B型MMC单元的直流负极端作为该B型MMC单元组的直流负极端；将第1组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC₁₁、B型MMC₁₂、…、B型MMC_1t；第x组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_x1、B型MMC_x2、…、B型MMC_xt，x＝1,2,……，m-1；第m组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_m1、B型MMC_m2、…、B型MMC_mt；同时将第1组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_e11、V_e12、…、V_e1t，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组B型MMC单元组额定直流电流I_e1；第x组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_ex1、V_ex2、…、V_ext，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第x组B型MMC单元组额定直流电流I_ex；第m组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_em1、V_em2、…、V_emt，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第m组B型MMC单元组额定直流电流I_em；B型MMC单元直流电压应满足排在各个B型MMC单元组中相同位序的共计m个B型MMC单元组的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_e1、…、V_eq、…、V_et分别表示由正极向负极排序时，对应位序的B型MMC单元额定直流电压；

所述正极B型组合式换流器的直流电压U_dc,PB等于所包含的各B型MMC单元组中全部位序的B型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极B型组合式换流器的额定直流电流I_dc等于所包含的m个B型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

2.一种基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用真双极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器、负极B型组合式换流器和负极A型组合式换流器构成，该三相换流变压器组由第一、第二、第三、第四三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入正极直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；负极B型组合式换流器的直流正极端口与接地极连接，其直流负极端口与负极A型组合式换流器的直流正极端口相串联，负极A型组合式换流器的直流负极端口接入负极直流线路；第一、第四三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极A型组合式换流器的交流侧端口连接，第二、第三三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极B型组合式换流器的交流侧端口连接，各个三相换流变压器单元的原边端口均接入本柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；

该组合式模块化多电平变流器的正极直流电压为正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压之和；其组合式模块化多电平变流器的负极直流电压为负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与负极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压不小于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压，负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于负极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压；

所述正极A型组合式换流器、负极A型组合式换流器均由m个A型MMC单元组构成，m为正整数，每个A型MMC单元组均包含j个A型MMC单元，j为正整数，均共计包含s_A＝m×j个A型MMC单元；每个所述A型MMC单元组中的第1个A型MMC单元的直流正极端作为该A型MMC单元组的直流正极端，第i个A型MMC单元的直流负极端与第i+1个A型MMC单元的直流正极端相连接，i＝1,2,…,j-1，第j个A型MMC单元的直流负极端作为该A型MMC单元组的直流负极端；将第1组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC₁₁、A型MMC₁₂、…、A型MMC_1j；第x组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_x1、A型MMC_x2、…、A型MMC_xj，x＝1,2,……，m-1；第m组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC_m1、A型MMC_m2、…、A型MMC_mj；同时将第1组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_d11、V_d12、…、V_d1j，j个A型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组A型MMC单元组额定直流电流I_d1；第x组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dx1、V_dx2、…、V_dxj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第x组A型MMC单元组额定直流电流I_dx；第m组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为V_dm1、V_dm2、…、Vd_mj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第m组A型MMC单元组额定直流电流I_dm；A型MMC单元直流电压应满足排在各个A型MMC单元组中相同位序的共计m个A型MMC单元的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_d1、…、V_di、…、V_dj分别表示由正极向负极排序时，对应位序的A型MMC单元额定直流电压；

所述正极A型组合式换流器的直流电压U_dc,PA或负极A型组合式换流器的直流电压U_dc,NA均等于所包含的各A型MMC单元组中全部位序的A型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器的额定直流电流等于所包含的m个A型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

所述正极B型组合式换流器、负极B型组合式换流器均由共计m个B型MMC单元组构成，每个B型MMC单元组均包含t个B型MMC单元，t为正整数，均共计包含s_B＝m×t个B型MMC单元；每个所述B型MMC单元组中的第1个B型MMC单元的直流正极端作为该B型MMC单元组的直流正极端，第q个B型MMC单元的直流负极端与第q+1个B型MMC单元的直流正极端相连接，q＝1,2,…,t-1，第t个B型MMC单元的直流负极端作为该B型MMC单元组的直流负极端；将第1组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC₁₁、B型MMC₁₂、…、B型MMC_1t；第x组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_x1、B型MMC_x2、…、B型MMC_xt，x＝1,2,……，m-1；第m组B型MMC单元组内的B型MMC单元依次记为B型MMC_m1、B型MMC_m2、…、B型MMC_mt；同时将第1组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_e11、V_e12、…、V_e1t，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组B型MMC单元组额定直流电流I_e1；第x组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_ex1、V_ex2、…、V_ext，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第x组B型MMC单元组额定直流电流I_ex；第m组B型MMC单元组内的t个B型MMC单元额定直流电压依次记为V_em1、V_em2、…、V_emt，t个B型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第m组B型MMC单元组额定直流电流I_em；B型MMC单元直流电压应满足排在各个B型MMC单元组中相同位序的共计m个B型MMC单元组的直流电压均相同，其数学表达式如下：

式中V_e1、…、V_eq、…、V_et分别表示由正极向负极排序时，对应位序的B型MMC单元额定直流电压；

所述正极B型组合式换流器的直流电压U_dc,PB或负极B型组合式换流器的直流电压U_dc,NB均等于所包含的各B型MMC单元组中全部位序的B型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为：

并且正极B型组合式换流器或负极B型组合式换流器的额定直流电流I_dc等于所包含的m个B型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足：

3.如权利要求1所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述正极A型组合式换流器中m个A型MMC单元组的直流正极端全部相互连接，作为该正极A型组合式换流器的直流正极端口；m个A型MMC单元组中，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互连接，则构成一个公共负极端，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互不连接，则保持各自独立；m个A型MMC单元组中，每组第j个A型MMC单元的直流负极端的集合，作为该正极A型组合式换流器的直流负极端口，并与正极B型组合式换流器的直流正极端口串联；构成正极A型组合式换流器直流负极端口的m个A型MMC单元的负极端分别与构成正极B型组合式换流器直流正极端口中同一组别的m个B型MMC单元的正极端相连接，形成的m个连接端子，当m个连接端子相互连接时，构成一个公共端口，当m个连接端子互相不连接时，保持各自独立；且当所述m个连接端子保持各自独立时，正极A型组合换流器中各A型MMC单元组额定直流电流与正极B型组合式换流器中各B型MMC单元组额定直流电流满足：

所述正极B型组合式换流器中m个B型MMC单元组的直流负极端全部相互连接，作为该正极B型组合式换流器的直流负极端口；m个B型MMC单元组中，每组第1个B型MMC单元的直流正极端的集合，作为该正极B型组合式换流器的直流正极端口，并与正极A型组合式换流器的直流负极端口串联；m个B型MMC单元组中，当每组第q个B型MMC单元的共计m个直流正极端相互连接，则构成一个公共正极端；当每组第q个B型MMC单元的共计m个直流正极端相互不连接，则保持各自独立。

4.如权利要求2所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述正极A型组合式换流器中m个A型MMC单元组的直流正极端全部相互连接，作为该正极A型组合式换流器的直流正极端口；m个A型MMC单元组中，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互连接，则构成一个公共负极端，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互不连接，则保持各自独立；m个A型MMC单元组中，每组第j个A型MMC单元的直流负极端的集合，作为该正极A型组合式换流器的直流负极端口，并与正极B型组合式换流器的直流正极端口串联；构成正极A型组合式换流器直流负极端口的m个A型MMC单元的负极端分别与构成正极B型组合式换流器直流正极端口中同一组别的m个B型MMC单元的正极端相连接，形成的m个连接端子，当m个连接端子相互连接时，构成一个公共端口，当m个连接端子互相不连接时，保持各自独立；且当所述m个连接端子保持各自独立时，正极A型组合换流器中各A型MMC单元组额定直流电流与正极B型组合式换流器中各B型MMC单元组额定直流电流满足：

所述负极A型组合式换流器中m个A型MMC单元的直流负极端全部相互连接，作为该负极A型组合式换流器的直流负极端口；m个A型MMC单元组中，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流正极端相互连接时，构成一个公共正极端，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流正极端相互不连接时，则保持各自独立；m个A型MMC单元组中，每组第1个A型MMC单元的直流正极端的集合，作为该负极A型组合式换流器的直流正极端口，并与负极B型组合式换流器的直流负极端口串联；构成负极A型组合式换流器直流正极端口的m个A型MMC单元的正极端分别与构成负极B型组合式换流器直流负极端口中同一组别的m个B型MMC单元的负极端相连接，形成的m个连接端子，当m个连接端子相互连接时，构成一个公共端口，当m个连接端子互相不连接时，保持各自独立；且当所述m个连接端子保持各自独立时，负极A型组合换流器中各A型MMC单元组额定直流电流与负极B型组合式换流器中各B型MMC单元组额定直流电流满足：

所述正极B型组合式换流器中m个B型MMC单元组的直流负极端全部相互连接，作为该正极B型组合式换流器的直流负极端口；m个B型MMC单元组中，每组第1个B型MMC单元的直流正极端的集合，作为该正极B型组合式换流器的直流正极端口，并与正极A型组合式换流器的直流负极端口串联；m个B型MMC单元组中，当每组第q个B型MMC单元的共计m个直流正极端相互连接，则构成一个公共正极端；当每组第q个B型MMC单元的共计m个直流正极端相互不连接，则保持各自独立；

所述负极B型组合式换流器中m个B型MMC单元的直流正极端全部相互连接，作为该负极B型组合式换流器的直流正极端口；m个B型MMC单元组中每组第t个B型MMC单元的直流负极端的集合，作为该负极B型组合式换流器的直流负极端口，并与负极A型组合式换流器的直流正极端口串联；m个B型MMC单元组中，当每组第q个B型MMC单元的直流负极端相互连接时，构成一个公共正极端，当每组第q个B型MMC单元的直流负极端相互不连接时，则保持各自独立。

5.如权利要求3或4所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述A型MMC单元和B型MMC单元，均包括结构相同的三相，每相均由上、下桥臂串联构成，上桥臂正极端为该相直流侧正极端，下桥臂负极端为该相直流侧负极端，上桥臂负极端与下桥臂正极端的连接点为该相交流侧端；三相的直流侧正极端连接到一起，形成MMC单元的直流侧正极；三相的直流侧负极端连接到一起，形成MMC单元的直流侧负极；MMC单元直流侧正极、负极端间电压即为MMC单元的直流电压；上桥臂负极端与下桥臂正极端的连接点分别为各相交流侧端口，各相交流侧端口分别与三相换流变压器副边端口各相线端连接。

6.如权利要求5所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述A型MMC单元的上、下桥臂均由k_A个A型电压源子模块以及一台滤波电抗器串联组成；其中，上桥臂中第1个A型电压源子模块的正极端作为该桥臂的正极端，第e个A型电压源子模块的负极端与第e+1个A型电压源子模块的正极端相连，e＝1,2,…,k_A-1，第k_A个A型电压源子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极；所述下桥臂中第k_A个A型电压源子模块的负极端作为该桥臂的负极端，第e+1个A型电压源子模块的正极端与第e个A型电压源子模块的负极端相连，第1个A型电压源子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端；

所述B型MMC单元的上、下桥臂均由k_B个B型电压源子模块以及一台滤波电抗器串联组成；其中，上桥臂中第1个B型电压源子模块的正极端作为该桥臂的正极端，第f个B型电压源子模块的负极端与第f+1个B型电压源子模块的正极端相连，f＝1,2,…,k_B-1，第k_B个B型电压源子模块的负极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的负极；下桥臂中第k_B个B型电压源子模块的负极端作为该桥臂的负极端，第f+1个B型电压源子模块的正极端与第f个B型电压源子模块的负极端相连，第1个B型电压源子模块的正极端与滤波电抗器的一端相连，该滤波电抗器的另一端作为该桥臂的正极端。

7.如权利要求6所述的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用单极系统接线方式，对处于正极A型组合式换流器的第x组中第i个A型MMC单元，即记为A型MMC_xi单元的上、下桥臂中A型电压源子模块的个数k_A满足：

k_A≥(V_mxi+V_di/2)/U_cA

式中，U_cA为每个A型电压源子模块内等效直流电容总电压；V_di为A型MMC_xi单元直流电压，V_mxi为A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_di和V_mxi满足以下关系：

V_di＝2h_AV_mxi

式中，h_A表示在正常运行条件下A型MMC单元交流侧端口交流分量相电压幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成A型MMC单元的A型电压源子模块不同亚类型，h_A的取值范围满足h_A∈[0，1]；

对处于正极B型组合式换流器的第x组中第q个B型MMC单元，q＝1,2,…,t-1，即记为B型MMC_xq单元的上、下桥臂中B型电压源子模块的个数k_B满足：

k_B≥(V_mxq+V_eq/2)/U_cB

式中，U_cB为每个B型电压源子模块内等效直流电容总电压；V_eq为B型MMC_xq单元直流电压，V_mxq为B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_eq和V_mxq满足以下关系：

V_eq＝2h_BV_mxq

式中，h_B表示在正常运行条件下B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成B型MMC_xq单元的B型电压源子模块不同亚类型，满足h_B＝1。

8.如权利要求6所述的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用真双极系统接线方式，对处于正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器的第x组中第i个A型MMC单元，即记为A型MMC_xi单元的上、下桥臂中A型电压源子模块的个数k_A满足：

k_A≥(V_mxi+V_di/2)/U_cA

式中，U_cA为每个A型电压源子模块内等效直流电容总电压；V_di为A型MMC_xi单元直流电压，V_mxi为A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_di和V_mxi满足以下关系：

V_di＝2h_AV_mxi

式中，h_A表示在正常运行条件下A型MMC单元交流侧端口交流分量相电压幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成A型MMC单元的A型电压源子模块不同亚类型，h_A的取值范围满足h_A∈[0，1]；

对处于正极B型组合式换流器或负极B型组合式换流器的第x组中第q个B型MMC单元，q＝1,2,…,t-1，即记为B型MMC_xq单元的上、下桥臂中B型电压源子模块的个数k_B满足：

k_B≥(V_mxq+V_eq/2)/U_cB

式中，U_cB为每个B型电压源子模块内等效直流电容总电压；V_eq为B型MMC_xq单元直流电压，V_mxq为B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值，且V_eq和V_mxq满足以下关系：

V_eq＝2h_BV_mxq

式中，h_B表示在正常运行条件下B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值与直流电压之间的比值，依据选取构成B型MMC_xq单元的B型电压源子模块不同亚类型，满足h_B＝1。

9.如权利要求7或8所述的柔性直流输电系统，其特征在于，

所述A型电压源子模块为单相电压源型变流器结构，具有n个输出电平，n为正整数且满足n≥3；记A型电压源子模块输出端口电压为u_SMA，流经A型电压源子模块的电流为i_SMA，且均以A型电压源子模块正极端到负极端为正方向，A型电压源子模块中包括g个直流电容，g为正整数且满足n>g≥1，其中A型电压源子模块内第u个直流电容正极与负极之间的电压差为该直流电容电压U_cAu，且A型电压源子模块内等效直流电容总电压U_cA满足关系：

在将A型电压源子模块内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁期间：

当电流i_SMA尚未降低至零时，电压u_SMA极性与电流i_SMA极性始终保持一致，且u_SMA的幅值与A型电压源子模块内等效直流电容总电压U_cA大小相同，表示为：

若i_SMA>0，则u_SMA>0，且u_SMA＝U_cA

若i_SMA<0，则u_SMA<0，且u_SMA＝-U_cA

当电流i_SMA降低至零时，A型电压源子模块正、负端口间承受正、负双极性电压，且A型电压源子模块输出端口电压u_SMA变化范围满足：

-U_cA<u_SMA<U_cA

所述B型电压源子模块为单相电压源型变流器结构，具有r个输出电平，r为正整数且满足r≥2；记B型电压源子模块输出端口电压为u_SMB，流经B型电压源子模块的电流为i_SMB，且均以B型电压源子模块正极端到负极端为正方向，B型电压源子模块中包括d个直流电容，d为正整数且满足r>d≥1，其中B型电压源子模块内第v个直流电容正极与负极之间的电压差为该直流电容电压U_cBv，且B型电压源子模块内等效直流电容总电压U_cB满足关系：

在将B型电压源子模块内部所有全控型电力电子开关的驱动脉冲信号闭锁期间：

当流经B型电压源子模块的电流i_SMB为负时，B型电压源子模块输出端口电压u_SMB幅值近似为零，表示为：

若i_SMB<0，则

10.如权利要求1所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述三相换流变压器的原边与副边采用电气隔离，原边接入所述柔性直流输电系统发端或受端的交流电网，副边三相端口三相线端分别接入对应的A型MMC单元或B型MMC单元三相交流侧端口；将与正极A型组合式换流器中任一A型MMC_xi单元对应连接的三相换流变压器记为T_Axi，将与正极B型组合式换流器中任一B型MMC_xq单元对应连接的三相换流变压器记为T_Bxq；所述三相换流变压器T_Axi的原、副边线电压变比K_TA满足关系：

所述三相换流变压器T_Bxq的原、副边线电压变比K_TB满足关系：

上两式中U_s为与所述柔性直流输电系统送端或受端接入的交流电网线电压有效值；V_mxi为A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值；V_mxq为B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值。

11.如权利要求2所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述三相换流变压器的原边与副边采用电气隔离，原边接入所述柔性直流输电系统发端或受端的交流电网，副边三相端口三相线端分别接入对应的A型MMC单元或B型MMC单元三相交流侧端口；将与正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器中任一A型MMC_xi单元对应连接的三相换流变压器记为T_Axi，将与正极B型组合式换流器或负极B型组合式换流器中任一B型MMC_xq单元对应连接的三相换流变压器记为T_Bxq；

所述三相换流变压器T_Axi的原、副边线电压变比K_TA满足关系：

所述三相换流变压器T_Bxq的原、副边线电压变比K_TB满足关系：

上两式中U_s为与所述柔性直流输电系统送端或受端接入的交流电网线电压有效值；V_mxi为A型MMC_xi单元交流侧端口相电压的交流分量幅值；V_mxq为B型MMC_xq单元交流侧端口相电压的交流分量幅值。