CN111371302A - 一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法及系统，涉及电力电子技术领域，解决如何减小模块化多电平直流固态变压器启动时交流侧和直流侧电流尖峰的问题；所述的多阶段软充控制方法包括：一次侧MMC的子模块不控充电；使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块软充电；使用移相调制控制二次侧MMC的子模块软充电；所述的控制系统，包括输入源，输出源，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器；实现了模块化多电平直流固态变压器子模块电容的的快速、稳定充电，减小了变压器启动时交流侧与直流侧的电流尖峰，保护了子模块中的功率器件和高频变压器，增加了电容的使用寿命，有力利于系统的安全运行。

Description

一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法及系统

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法及系统。

背景技术

为了保护环境以及响应国家可持续发展的理念，新能源在日常生活中的使用比重越来越大，如何解决新能源发电后的电力传输问题非常关键。传统的变压器具有重量和体积大、存在谐波污染，以及维护相对困难等缺点不再适用于新能源的电力传输问题。

模块化多电平直流固态变压器(modular multilevel converter，简称MMC)除了能实现传统变压器的变压、隔离和能量转换功能外，还具有控制简单、可拓展性高、实现原副边故障隔离等优点而受到国内外学者的广泛关注。

申请号为201810464040.X的中国发明专利申请《一种模块化多电平直流固态变压器及其充电控制方法》，公开一种模块化多电平直流固态变压器及其充电控制方法。该变压器包括两组MMC、高频变压器、电阻和开关，其中一组MMC连接高频变压器的原边，另一组MMC连接高频变压器的副边，原边侧MMC通过电阻和开关的并联结构连接直流电源，副边侧的MMC连接负载。该方法首先将直流变压器原边MMC每相所有2N个子模块投入，然后通过比较原边直流电流值与限定电流值的大小减少原边MMC子模块投入的数量，最后对每相投入的子模块数量在上下桥臂重新分配，并结合移相角确定原边MMC两的触发脉冲，实现直流变压器软充电。

但是上述发明专利申请只是对副边进行闭环控制，对于原边充电过程中的电流冲击是通过开环的方式进行控制的，冲击电流的大小和时间不可控，动态性能差，导致模块化多电平直流固态变压器在启动时会在系统的交流侧与直流侧仍然会产生很大的电流尖峰，容易造成子模块中功率半导体器件和高频变压器的损坏，还会减短电容的使用寿命，不利于系统的安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何减小模块化多电平直流固态变压器启动时交流侧和直流侧电流尖峰的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源Vdc1，输出源Vdc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源Vdc1连接；所述的输入源Vdc1为直流源；输入源Vdc1给一次侧MMC供电；所述的输出源Vdc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端；

所述的多阶段软充控制方法包括：阶段一，一次侧MMC的子模块SM不控充电；阶段二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电；阶段三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电。

上述多阶段软充控制方法应用于模块化多电平直流固态变压器，在不同阶段采用不同的软充电策略，实现了模块化多电平直流固态变压器子模块电容的的快速、稳定充电，减小了变压器启动时交流侧与直流侧的电流尖峰，保护了子模块中的功率器件和高频变压器，增加了电容的使用寿命，有力利于系统的安全运行。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的子模块SM包含第一功率开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)、并联电容C、第一反并联二极管(VD₁)、第二反并联二极管(VD₂)；所述的第一功率开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)构成半桥结构；第一反并联二极管(VD₁)反并联在第一功率开关管(S₁)两端；第二反并联二极管(VD₂)反并联在第二功率开关管(S₂)两端；所述的并联电容C并联在所述的半桥结构的两端；所述的半桥结构的中点做为子模块SM的输入端。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的子模块SM有两种工作状态：

a)闭锁状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管(S₁)以及第二功率开关管(S₂)的驱动脉冲在整个开关周期都为0；

b)旁路状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管(S₁)的驱动脉冲在整个开关周期都为0，第二功率开关管(S₂)的驱动脉冲是占空比为D的PWM信号波；所述的占空比D为一次侧桥臂电流平均值从周期初始值上升至给定一次侧桥臂电流峰值所需时间的占比。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的阶段一具体为：

1)控制一次侧MMC与二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

2)打开限流开关(S_d)，将限流电阻(R_d)投切到电路中，一次侧所有子模块SM的并联电容C通过全波整流充电。

3)并联电容C的电压充电至一次侧电容标称电压(V₁ ^*)的一半后，一次侧MMC的子模块不控充电阶段结束。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的阶段二具体为：

Ⅰ)闭合限流开关(S_d)，将限流电阻(R_d)旁路；二次侧MMC的所有子模块SM仍工作在闭锁状态；

Ⅱ)通过电流采样得到一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂的电流值i_a、i_b，计算桥臂电流平均值i₁；所述桥臂电流平均值的计算公式为:

i₁＝0.5(i_a+i_b)

Ⅲ)比较桥臂电流平均值i₁与给定桥臂电流峰值i^* _peak的大小关系：

若i₁﹤i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在旁路状态，桥臂的电流值上升；

若i₁≥i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在闭锁状态，桥臂的电流流过第一反并联二极管(VD₁)对子模块SM的并联电容C充电。

Ⅳ)重复Ⅲ)，当子模块SM的并联电容C的电压充电至其标称电压时，一次侧子MMC的子模块可控充电阶段结束。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的阶段三具体为：

a)一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第一功率开关管(S₁)在整个周期内关断，一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管(S₂)采用移相调制；二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

b)控制一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管(S₂)的移相角

从0至π线性增大，则一次侧MMC向二次MMC传输的功率从0增加到最大，对应的一次侧MMC向二次MMC传输的功率可以从0到最大值范围内调节；

c)选择一次侧MMC向二次MMC传输的功率的大小，对二次侧子模块并联电容C进行充电；二次侧子模块并联电容C充电至二次侧电容标称电压(V₂ ^*)时结束充电。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的一次侧电容标称电压(V₁ ^*)按照以下公式计算：

其中，V₁ ^*一次侧电容标称电压；V_dc1为输入源的电压，M为一次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的二次侧电容标称电压(V₂ ^*)按照以下公式计算：

其中，V₂ ^*一次侧电容标称电压；V_dc2为输出源的电压，N为二次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制系统，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源V_dc1，输出源V_dc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源V_dc1连接；所述的输入源V_dc1为直流源；输入源V_dc1给一次侧MMC供电；所述的输出源V_dc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端；

所述的多阶段软充控制系统包括：模块一，一次侧MMC的子模块SM不控充电模块；模块二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电模块；模块三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电模块。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的一次侧MMC还包含第一桥臂和第二桥臂；所述的一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂构成H桥结构；

所述的一次侧MMC的第一桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的一次侧MMC的第二桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂；

所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1，所述的M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1依次串联；所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂下电感L_a2，所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为a点；

所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1，所述的M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1依次串联；所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂下电感L_b2，所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为b点；

所述的二次侧MMC包含第三桥臂和第四桥臂；所述的二次侧MMC的第三桥臂和第四桥臂构成H桥结构；

所述的二次侧MMC的第三桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的二次侧MMC的第四桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂；

所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1，所述的N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1依次串联；所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂下电感L_c2，所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为c点；

所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1，所述的N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1依次串联；所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂下电感L_d2，所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为d点；

所述的高频变压器T的四个端子分别与a点、b点、c点、d点连接。

本发明的优点在于：

(1)本发明的多阶段软充控制方法应用于模块化多电平直流固态变压器，在不同阶段采用不同的软充电策略，实现了模块化多电平直流固态变压器子模块电容的的快速、稳定充电，减小了变压器启动时交流侧与直流侧的电流尖峰，保护了子模块中的功率器件和高频变压器，增加了电容的使用寿命，有力利于系统的安全运行。

(2)本发明的多阶段软充控制方法采用的软充电策略控制原理清晰，外围控制电路结构简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器拓扑图。

图2是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法的原理图。

图3是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法的流程图。

图4是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器子模块的结构图。

图5是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器子模块的工作在闭锁状态时的驱动波形图。

图6是本发明实施例模块化多电平直流固态变压器子模块的工作在旁路状态时的驱动波形图。

图7是本发明实施例M＝1，N＝1时模块化多电平直流固态变压器拓扑图。

图8是本发明实施例M＝1，N＝1时模块化多电平直流固态变压器一次侧MMC两桥臂间的移相角为0时的驱动波形图；

图9是本发明实施例M＝1，N＝1时模块化多电平直流固态变压器一次侧MMC两桥臂间的移相角为π时的驱动波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源V_dc1，输出源V_dc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源V_dc1连接；所述的输入源V_dc1为直流源；输入源V_dc1给一次侧MMC供电；所述的输出源V_dc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端。

如图2和图3所示，所述的多阶段软充控制方法包括：阶段一，一次侧MMC的子模块SM不控充电；阶段二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电；阶段三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电。

如图4所示，所述的子模块SM包含第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂、并联电容C、第一反并联二极管VD₁、第二反并联二极管VD₂；所述的第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂构成半桥结构；第一反并联二极管VD₁反并联在第一功率开关管S₁两端；第二反并联二极管VD₂反并联在第二功率开关管S₂两端；所述的并联电容C并联在所述的半桥结构的两端；所述的半桥结构的中点做为子模块SM的输入端。

如图5和图6所示，所述的子模块SM有两种工作状态：

a)闭锁状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管S₁以及第二功率开关管S₂的驱动脉冲在整个开关周期都为0；

b)旁路状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管S₁的驱动脉冲在整个开关周期都为0，第二功率开关管S₂的驱动脉冲是占空比为D的PWM信号波；所述的占空比D为一次侧桥臂电流平均值从周期初始值上升至给定一次侧桥臂电流峰值所需时间的占比。

所述的阶段一具体为：

1)控制一次侧MMC与二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

2)打开限流开关S_d，将限流电阻R_d投切到电路中，一次侧所有子模块SM的并联电容C通过全波整流充电。

如图7所示，取M＝1，N＝1时，所述的全波整流充电电流的路径为：

一次侧MMC的第一桥臂充电电流的路径为：V_dc1正极→R_d→VD11→C11→L_a1→L_a2→VD13→C13→V_dc1负极；

一次侧MMC的第二桥臂充电电流的路径为：V_dc1正极→R_d→VD21→C12→L_b1→L_b2→VD23→C14→V_dc1负极。

3)并联电容C的电压充电至一次侧电容标称电压V₁ ^*的一半后，一次侧MMC的子模块不控充电阶段结束。

所述的一次侧电容标称电压V₁ ^*按照以下公式计算：

其中，V₁ ^*一次侧电容标称电压；V_dc1为输入源的电压，M为一次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

所述的阶段二具体为：

Ⅰ)闭合限流开关S_d，将限流电阻R_d旁路；二次侧MMC的所有子模块SM仍工作在闭锁状态；

Ⅱ)通过电流采样得到一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂的电流值i_a、i_b，计算桥臂电流平均值i₁；所述桥臂电流平均值的计算公式为:

i₁＝0.5(i_a+i_b)

Ⅲ)比较桥臂电流平均值i₁与给定桥臂电流峰值i^* _peak的大小关系：

若i₁﹤i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在旁路状态，桥臂的电流值上升；

若i₁≥i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在闭锁状态，桥臂的电流流过第一反并联二极管VD₁对子模块SM的并联电容C充电。

Ⅳ)重复Ⅲ)，当子模块SM的并联电容C的电压充电至其标称电压时，一次侧子MMC的子模块可控充电阶段结束。

所述的阶段三具体为：

a)一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第一功率开关管S₁在整个周期内关断，一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管S₂采用移相调制；二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

b)控制一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管S₂的移相角

从0至π线性增大，则一次侧MMC向二次MMC传输的功率从0增加到最大，对应的一次侧MMC向二次MMC传输的功率可以从0到最大值范围内调节；

c)选择一次侧MMC向二次MMC传输的功率的大小，对二次侧子模块并联电容C进行充电；二次侧子模块并联电容C充电至二次侧电容标称电压V₂ ^*时结束充电。

所述的二次侧电容标称电压V₂ ^*按照以下公式计算：

其中，V₂ ^*一次侧电容标称电压；V_dc2为输出源的电压，N为二次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

结合图7、图8和图9对移相调制进行说明，此时取M＝1，N＝1。

(1)移相角

为0时的开关管的波形，此时，一次侧MMC的电流通过二极管续流；

一次侧MMC电流的续流路径为：S12→L_a1→L_s→L_b1→VD22→S12；此时，一次侧MMC向二次MMC传输的功率为0。

(2)移相角

为π时的开关管的波形，此时一次侧MMC的通过高频变压器T向二次MMC传输的功率为最大功率；此时，

在开关管的波形正半周，一次侧MMC电流流通路径为：V_dc1正极→S12→L_a1→L_s→L_b2→S24→V_dc1负极；

在开关管的波形负半周，一次侧MMC电流流通路径为：V_dc1正极→S22→L_b1→L_s→L_a2→S14→V_dc1负极。

结合图7、图8和图9对二次侧子模块并联电容充电进行说明，此时取M＝1，N＝1。

当一次侧MMC向二次MMC传输的功率不为0时，二次侧子模块并联电容立即充电，充电电流的路径为：

在开关管的波形正半周，二次侧子模块充电电流的路径分为两路，同时对电容C22和电容C23进行充电；对电容C22进行充电的路径为：c点→L_c1→VD32→VD41→C22→L_d1→d点；对电容C23进行充电的路径为：c点→L_c2→VD33→C23→VD44→L_d2→d点；

在开关管的波形负半周，二次侧子模块充电电流的路径分为两路，同时对电容C21和电容C24进行充电；对电容C21进行充电的路径为：d点→L_d1→VD42→VD31→C21→L_c1→c点；对电容C24进行充电的路径为：d点→L_d2→VD43→C24→VD34→L_c2→c点。

实施例二

如图1所示，一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制系统，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源V_dc1，输出源V_dc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源V_dc1连接；所述的输入源V_dc1为直流源；输入源V_dc1给一次侧MMC供电；所述的输出源V_dc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端。

所述的多阶段软充控制系统包括：模块一，一次侧MMC的子模块SM不控充电模块；模块二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电模块；模块三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电模块。

所述的一次侧MMC还包含第一桥臂和第二桥臂；所述的一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂构成H桥结构。

所述的一次侧MMC的第一桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的一次侧MMC的第二桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂。

所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1，所述的M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1依次串联；所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂下电感L_a2，所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为a点。

所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1，所述的M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1依次串联；所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂下电感L_b2，所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为b点。

所述的二次侧MMC包含第三桥臂和第四桥臂；所述的二次侧MMC的第三桥臂和第四桥臂构成H桥结构。

所述的二次侧MMC的第三桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的二次侧MMC的第四桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂。

所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1，所述的N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1依次串联；所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂下电感L_c2，所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为c点。

所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1，所述的N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1依次串联；所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂下电感L_d2，所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为d点。

所述的高频变压器T的四个端子分别与a点、b点、c点、d点连接。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源V_dc1，输出源V_dc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源V_dc1连接；所述的输入源V_dc1为直流源；输入源V_dc1给一次侧MMC供电；所述的输出源V_dc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端；

所述的多阶段软充控制方法包括：阶段一，一次侧MMC的子模块SM不控充电；阶段二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电；阶段三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电。

2.根据权利要求1所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的子模块SM包含第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂、并联电容C、第一反并联二极管VD₁、第二反并联二极管VD₂；所述的第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂构成半桥结构；第一反并联二极管VD₁反并联在第一功率开关管S₁两端；第二反并联二极管VD₂反并联在第二功率开关管S₂两端；所述的并联电容C并联在所述的半桥结构的两端；所述的半桥结构的中点做为子模块SM的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的子模块SM有两种工作状态：

a)闭锁状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管S₁以及第二功率开关管S₂的驱动脉冲在整个开关周期都为0；

b)旁路状态：所述的子模块SM中的第一功率开关管S₁的驱动脉冲在整个开关周期都为0，第二功率开关管S₂的驱动脉冲是占空比为D的PWM信号波；所述的占空比D为一次侧桥臂电流平均值从周期初始值上升至给定一次侧桥臂电流峰值所需时间的占比。

4.根据权利要求1所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的阶段一具体为：

1)控制一次侧MMC与二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

2)打开限流开关S_d，将限流电阻R_d投切到电路中，一次侧所有子模块SM的并联电容C通过全波整流充电；

3)并联电容C的电压充电至一次侧电容标称电压V₁ ^*的一半后，一次侧MMC的子模块不控充电阶段结束。

5.根据权利要求1所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的阶段二具体为：

Ⅰ)闭合限流开关S_d，将限流电阻R_d旁路；二次侧MMC的所有子模块SM仍工作在闭锁状态；

Ⅱ)通过电流采样得到一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂的电流值i_a、i_b，计算桥臂电流平均值i₁；所述桥臂电流平均值的计算公式为:

i₁＝0.5(i_a+i_b)

Ⅲ)比较桥臂电流平均值i₁与给定桥臂电流峰值i^* _peak的大小关系：

若i₁﹤i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在旁路状态，桥臂的电流值上升；

若i₁≥i^* _peak，控制一次侧MMC的所有子模块SM工作在闭锁状态，桥臂的电流流过第一反并联二极管(VD₁)对子模块SM的并联电容C充电；

Ⅳ)重复Ⅲ)，当子模块SM的并联电容C的电压充电至其标称电压时，一次侧子MMC的子模块可控充电阶段结束。

6.根据权利要求1所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的阶段三具体为：

a)一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第一功率开关管S₁在整个周期内关断，一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管S₂采用移相调制；二次侧MMC的所有子模块SM都工作在闭锁状态；

b)控制一次侧MMC的两桥臂所有子模块SM的第二功率开关管S₂的移相角

从0至π线性增大，则一次侧MMC向二次MMC传输的功率从0增加到最大，对应的一次侧MMC向二次MMC传输的功率可以从0到最大值范围内调节；

c)选择一次侧MMC向二次MMC传输的功率的大小，对二次侧子模块并联电容C进行充电；二次侧子模块并联电容C充电至二次侧电容标称电压V₂ ^*时结束充电。

7.根据权利要求4所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的一次侧电容标称电压V₁ ^*按照以下公式计算：

其中，V₁ ^*一次侧电容标称电压；V_dc1为输入源的电压，M为一次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

8.根据权利要求6所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法，其特征在于，所述的二次侧电容标称电压V₂ ^*按照以下公式计算：

其中，V₂ ^*一次侧电容标称电压；V_dc2为输出源的电压，N为二次侧MMC每半桥臂子模块SM的个数。

9.一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制系统，其特征在于，所述的模块化多电平直流固态变压器，包括输入源V_dc1，输出源V_dc2，一次侧MMC，二次侧MMC，限流电阻R_d，限流开关S_d，高频变压器T；所述的高频变压器T的漏感为L_s；所述的一次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的二次侧MMC包含多个子模块SM构成H桥式电路；所述的一次侧MMC与二次侧MMC通过高频变压器T连接；所述的限流电阻R_d与限流开关S_d并联后一端与一次侧MMC连接，另一端与输入源V_dc1连接；所述的输入源V_dc1为直流源；输入源V_dc1给一次侧MMC供电；所述的输出源V_dc2为直流源或负载连接在二次侧MMC的输出端；

所述的多阶段软充控制系统包括：模块一，一次侧MMC的子模块SM不控充电模块；模块二：使用峰值电流控制一次侧MMC的子模块SM软充电模块；模块三：使用移相调制控制二次侧MMC的子模块SM软充电模块。

10.根据权利要求9所述的一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制系统，其特征在于，所述的一次侧MMC还包含第一桥臂和第二桥臂；所述的一次侧MMC的第一桥臂和第二桥臂构成H桥结构；

所述的一次侧MMC的第一桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的一次侧MMC的第二桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂；

所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1，所述的M个子模块SM以及一个第一桥臂上电感L_a1依次串联；所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第一桥臂下电感L_a2，所述的一次侧MMC的第一桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第一桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为a点；

所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1，所述的M个子模块SM以及一个第二桥臂上电感L_b1依次串联；所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂包含M个子模块SM以及一个第二桥臂下电感L_b2，所述的一次侧MMC的第二桥臂的下半桥臂的结构与所述的一次侧MMC的第二桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为b点；

所述的二次侧MMC包含第三桥臂和第四桥臂；所述的二次侧MMC的第三桥臂和第四桥臂构成H桥结构；

所述的二次侧MMC的第三桥臂包含上半桥臂和下半桥臂；所述的二次侧MMC的第四桥臂也包含上半桥臂和下半桥臂；

所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1，所述的N个子模块SM以及一个第三桥臂上电感L_c1依次串联；所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第三桥臂下电感L_c2，所述的二次侧MMC的第三桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第三桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为c点；

所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1，所述的N个子模块SM以及一个第四桥臂上电感L_d1依次串联；所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂包含N个子模块SM以及一个第四桥臂下电感L_d2，所述的二次侧MMC的第四桥臂的下半桥臂的结构与所述的二次侧MMC的第四桥臂的上半桥臂的结构对称；对称点为d点；

所述的高频变压器T的四个端子分别与a点、b点、c点、d点连接。

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