CN114825972B

CN114825972B - 模块化级联式多电平交流变换器及其工作方法

Info

Publication number: CN114825972B
Application number: CN202210739594.2A
Authority: CN
Inventors: 张友军; 孙峥峥; 姚崇; 胡传雷; 马超
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2042-06-28
Also published as: CN114825972A

Abstract

本申请涉及一种模块化级联式多电平交流变换器及其工作方法，属于电力电子变换技术和电力系统电力电子化领域。其中，模块化级联式多电平交流变换器包括单相多绕组变压器，包括一次侧绕组、及与一次侧绕组互感的多个二次侧绕组；模块化级联式多电平交流变换电路模块，包括多个模块化级联式多电平交流变换子模块，多个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端与多个二次侧绕组一一对应连接；每个模块化级联式多电平交流变换子模块具有输入端及输出端，每个输入端与每个二次侧绕组连接，多个输出端之间串联以输出总电压。通过上述设置，采用低耐压开关器件和变压器二次侧绕组的方式，可获得能够在高电压全范围内调节的多电平交流输出电压。

Description

模块化级联式多电平交流变换器及其工作方法

技术领域

本申请涉及一种模块化级联式多电平交流变换器及其工作方法，属于电力电子变换技术和电力系统电力电子化领域。

背景技术

现代社会的快速发展，电能变换领域和电力系统领域对高压大功率的需求日益迫切，柔性交流输电系统、高压直流输电、高压变频器等都离不开大功率电力电子装置，而电力电子器件受到材料等因素的限制，所能承受最高电压等级无法实现跨越式提升，因此，如何通过电力电子技术，实现高压大功率的电能变换是一个具有重要经济效益和社会意义的问题。

多电平变换器在无需增加开关器件承受电压的基础上，通过增加输出电压电平数来实现高压大功率变换，在相同开关频率下输出电压谐波含量少，输出波形质量好，因此是目前高压大功率领域的研究热点和方向。其中级联式多电平变换器是运用最多的一种多电平变换器，常见的有直流输入的级联式多电平逆变器（Cascaded multilevel inverter，CMI）和模块化多电平变换器（Modular multilevel converter，MMC）。然而，级联式多电平变换器每一个模块需要一个独立直流电源供电或直流储能元件，其直流电源供电或直流储能元件维护性和可靠性差，寿命周期短，维护费用高，同时当其应用在柔性交流输电系统中时，只能向电网传输无功功率。

中国发明专利公布号为CN110224613A的自跟随飞跨电容五电平AC-AC变换器及其工作方法或其他自跟随飞跨电容多电平AC-AC变换器，都是通过使用变压器中独立的副边绕组为飞跨电容充电，避免飞跨电容电压的控制问题，但随着电平数增加，其电路存在可靠性下降的问题，可靠性相对较低，同时移植性和维护性一般，冗余和灵活性较差。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本申请的目的在于提供一种模块化级联式多电平交流变换器及其工作方法，其能够解决上述现有技术问题。

本申请的目的是通过以下技术方案实现：一种模块化级联式多电平交流变换器，包括：

单相多绕组变压器，包括一次侧绕组、及与所述一次侧绕组互感的多个二次侧绕组；以及

模块化级联式多电平交流变换电路模块，包括多个模块化级联式多电平交流变换子模块，多个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端与多个二次侧绕组一一对应连接；

其中，每个所述模块化级联式多电平交流变换子模块具有输入端及输出端，每个所述输入端与每个所述二次侧绕组连接，多个所述输出端之间串联以输出总电压。

在其中一个实施例中，每个所述模块化级联式多电平交流变换子模块包括Buck交流变换单元，所述Buck交流变换单元分别连接与其对应的所述输入端和所述输出端。

在其中一个实施例中，每个所述Buck交流变换单元包括四个开关子单元，开关子单元依次连接或桥式连接，四个开关子单元的结构相同。

在其中一个实施例中，每个所述开关子单元包括一个开关管；

和/或

每个所述开关子单元包括两个连接的开关管。

在其中一个实施例中，所述开关管为IGBT开关管、MOSFET开关管、GTO开关管、IGCT开关管及GTR开关管中的一种或多种。

在其中一个实施例中，多个所述二次侧绕组的同名端方向相同。

本发明还提供了一种模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，采用如上所述的模块化级联式多电平交流变换器，所述方法包括：

将所述二次侧绕组中同频同相的交流电压分别连接至多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端；

控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作，以得到所述模块化级联式多电平交流变换电路模块的总输出电压。

在其中一个实施例中，所述控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作包括：

控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块以交错高频开关动作运行。

控制其中一个所述模块化级联式多电平交流变换子模块以高频开关动作运行，其余所述模块化级联式多电平交流变换子模块处于接通或旁路工作状态。

控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块都不以高频开关动作运行，且使得多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块在一个基波周期内处于接通或旁路工作状态。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：只需采用低耐压开关器件和变压器二次侧绕组，可获得能够在高电压全范围内调节的多电平交流输出电压；通过将多个二次侧绕组直接与多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端一一对应连接，无需独立的直流源或直流储能元件为每个模块化级联式多电平交流变换子模块供电，避免了因使用直流储能元件而产生的寿命周期短、故障率高、维护费用高等缺点，且该模块化结构使得电路结构简单，扩展容易，电路的移植性好，便于维护，具有良好的控制灵活性和冗余，电路整体的可靠性高。再者，该模块化结构使得输出电压的等效开关频率增大、电压纹波减小、谐波含量少、输出波形质量好，从而输出滤波器件减小，或可以不需要输出滤波器件，并等效降低了开关器件的工作频率，减小了电路的开关损耗。

附图说明

图1是本申请的模块化级联式多电平交流变换器的拓扑图。

图2是图1中的模块化级联式多电平交流变换子模块的Buck交流变换单元的电路结构示意图。

图3是图1中的模块化级联式多电平交流变换子模块的Buck交流变换单元的另一电路结构示意图。

图4是本申请的其中一个实施例中的模块化级联式多电平交流变换器的工作时，各模块化级联式多电平交流变换子模块开关高频动作时序和输出电压波形图。

图5是本申请的实施例中的模块化级联式多电平交流变换器的工作时，调节区间示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图4所示，本申请的一较佳实施例中的一种模块化级联式多电平交流变换器，其无需设置独立的直流源或直流储能元件供电，从而可避免因直流源或直流储能元件而导致的寿命周期短、故障率高的情况的发生，且使得模块化级联式多电平交流变换器整体结构更为简单，移植性和维护性更好，同时提高了模块化级联式多电平交流变换器整体的可靠性。

具体的，模块化级联式多电平交流变换器包括单相多绕组变压器及模块化级联式多电平交流变换电路模块。其中，单相多绕组变压器包括一次侧绕组、及与一次侧绕组互感的多个二次侧绕组。在本实施例中，二次侧绕组的个数不做具体限定，具体为m个。该m可以为5个、10个等，根据实际情况进行限定。值得注意的是，本申请中未提到的数字并不代表不在本申请中的适用范围内。

其中，多个二次侧绕组的同名端方向相同。同名端是指若初级和次级绕线方向一致(规定在矩形铁芯的两个对边分别绕制初级和次级，开始绕线时，两导线皆从观察者视角穿入铁芯为绕线方向一致)，则两线圈绕线的起始端互为同名端，两线圈绕线的终止端也互为同名端。即，如果导线为同向绕，同名端都是头；相反的，导线反向绕同名端则一个是头一个是尾。

模块化级联式多电平交流变换电路模块，包括多个模块化级联式多电平交流变换子模块，多个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端与多个二次侧绕组一一对应连接。即，在本实施例中，模块化级联式多电平交流变换子模块的个数与二次侧绕组的个数相等，以使模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端与其对应的二次侧绕组连接。

其中，每个模块化级联式多电平交流变换子模块具有输入端及输出端，每个输入端与每个二次侧绕组连接，多个输出端之间串联以输出总电压。

每个模块化级联式多电平交流变换子模块包括Buck交流变换单元，Buck交流变换单元分别连接与其对应的输入端和输出端。即，每个模块化级联式多电平交流变换子模块的Buck交流变换单元与模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端和输出端连接。设置有Buck交流变换单元的目的在于：可通过分别调节各模块化级联式多电平交流变换子模块的Buck交流变换单元的占空比状态，从而使得模块化级联式多电平交流变换器的输出电压在高电压范围内多电平变换。

每个模块化级联式多电平交流变换子模块的结构相同，相应的，每个Buck交流变换单元的结构也相同。每个Buck交流变换单元包括依次连接的四个开关子单元，四个开关子单元的结构相同。

以其中一个Buck交流变换单元为具体实施例做说明。

在其中一个实施例中，每个开关子单元包括一个开关管。即，在该实施例中，Buck交流变换单元包括四个开关管，且四个开关管为IGBT开关管。为了方便说明，分别称这四个开关管为第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃及第四开关管S₄。其中，第一开关管S₁和第二开关管S₂组成第一个四象限开关管，第三开关管S₃和第四开关管S₄组成第二个四象限开关管。

第一开关管S₁的发射极和第二开关管S₂的发射极相连，第三开关管S₃的发射极和第四开关管S₄的发射极相连，第二开关管S₂的集电极和第三开关管S₃的集电极相连，第一开关管S₁的集电极连接到单相多绕组变压器T_i的输出绕组的第一输出端点（即与其连接对应的二次侧绕组的第一输出端点），第四开关管S₄的集电极连接到单相多绕组变压器T_i的输出绕组的第二输出端点（即与其连接对应的二次侧绕组的第二输出端点），第二开关管S₂的集电极和第三开关管S₃的集电极连接后作为模块化级联式多电平交流变换子模块的第一输出端点，第四开关管S₄的集电极与单相多绕组变压器T_i的输出绕组的第二输出端点连接作为该模块化级联式多电平交流变换子模块的第二输出端点。并且，两个相邻的模块化级联式多电平交流变换子模块中，上一个模块化级联式多电平交流变换子模块的第二输出端点和与其级联的下一个模块化级联式多电平交流变换子模块的第一输出端点相连接，将第一个模块化级联式多电平交流变换子模块的第一输出端点和最后一个模块化级联式多电平交流变换子模块的第二输出端点作为模块化级联式多电平交流变换电路模块的两个输出端点。

有前述可知，模块化级联式多电平交流变换电路子模块具有输入端及输出端。相应的，上述的单相多绕组变压器T_i的输出绕组的第一输出端点及第二输出端点同时作为该子模块输入端，上述的模块化级联式多电平交流变换子模块的第一输出端点和第二输出端点作为该子模块输出端。

其中，上述的开关管也可用MOSFET开关管。MOSFET开关管的源极对应IGBT开关管的发射极，MOSFET开关管的漏极对应IGBT开关管的集电极。

在其他实施例中，上述的开关管也可用GTO开关管或IGCT开关管或GTR开关管等其他开关管。

由前述可知，模块化级联式多电平交流变换子模块的个数与二次侧绕组个数相等，因此模块化级联式多电平交流变换子模块的个数同为m个。如图1所示，设这m个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压同频同相，分别为u₁、u₂、u₃、......、u_m，设这m个模块化级联式多电平交流变换子模块的占空比分别为d₁、d₂、d₃、......、d_m，设这m个模块化级联式多电平交流变换子模块的输出电压分别为u_o1、u_o2、u_o3、......、u_om，则有u_o1=d₁u₁、u_o2=d₂u₂、u_o3=d₃u₃、......、u_om=d_mu_m，因此模块化级联式多电平交流变换电路模块的总输出电压u_o=u_o1+u_o2+u_o3+......+u_om=d₁u₁+d₂u₂+d₃u₃+......+d_mu_m，0<|u_o|<|u₁+u₂+u₃+......+u_m|。可见，本发明中，只需采用低耐压开关器件和变压器二次侧绕组，即可获得能够在高电压全范围内调节的多电平交流输出电压。

在另一个实施例中，每个开关子单元包括两个连接的开关管。同样以IGBT开关管为例，此时，每个开关子单元的两个连接的开关管的连接方式为两个开关管的发射极连接。为了以示区分，每个开关子单元被称之为S₁、S₂、S₃及S₄。

其中，S₁、S₂、S₃及S₄中的一个开关管的集电极与单相多绕组变压器Ti的输出绕组的输出端连接，S₁中的另一个开关管的集电极与S₂中的另一个开关管的集电极连接后作为该模块化级联式多电平交流变换子模块的第一输出端点，S₃中的另一个开关管的集电极与S₄中的另一个开关管的集电极连接后作为该模块化级联式多电平交流变换子模块的第二输出端点。

通过该实施例中的设置方式，可使各模块化级联式多电平交流变换子模块的输出电压不仅可以与输入电压同频同相，亦可同频反相。

发明将单相多绕组输入变压器的二次侧绕组的输出电压分别连接到模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端，每个模块化级联式多电平交流变换子模块包括一个Buck交流变换单元，且每个模块化级联式多电平交流变换子模块的输出端串联后得到模块化级联式多电平交流变换器的总输出电压。通过分别调节每个模块化级联式多电平交流变换子模块中Buck交流变换单元的占空比，使得模块化级联式多电平交流变换器输出在高电压范围内灵活调节的交流电压。相比于级联式多电平逆变器（Cascaded multilevelinverter，CMI）或模块化多电平变换器（Modular multilevel converter，MMC），本发明无需采用独立电源供电或直流储能元件，结构简单、简化了制造、提供了冗余、提高了可靠性和灵活性。同时相比于自跟随飞跨电容多电平交-交变换器，在电平数增加时，本发明不存在可靠性明显下降的问题，同时移植性和维护性更好。

本发明还提供了一种模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，采用如上的模块化级联式多电平交流变换器，方法包括：

将二次侧绕组中同频同相的交流电压分别连接至多个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端；

控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作，以得到模块化级联式多电平交流变换电路模块的总输出电压。

在其中一个实施例中，控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作包括：

控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块以交错高频开关动作运行。

具体的，控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块以交错高频开关动作运行，且控制多个Buck交流变换单元的占空比相等，以获得等效开关频率为每个模块化级联式多电平交流变换子模块功率器件开关频率的m倍的输出电压。

以模块化级联式多电平交流变换子模块的数量为10为例做具体说明。相应的，二次侧绕组的个数也为10。

其中，各模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压同相位，且幅值相等。即，二次侧绕组的匝数相等。10个模块化级联式多电平交流变换子模块的占空比分别为d₁、d₂、d₃、……、d₁₀，且d₁=d₂=d₃=……=d₁₀（但时序依次交错）。

令10个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作时间依次交错1/10倍ts（ts为开关周期），即从第一个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作时刻为参考点，第二个模块化级联式多电平交流变换子模块在0.1ts时间后动作、第三个模块化级联式多电平交流变换子模块在0.2ts时间后动作、第四个模块化级联式多电平交流变换子模块在0.3ts时间后动作、……、第十个模块化级联式多电平交流变换子模块在0.9ts时间后动作。假设子模块开关频率为1k Hz，则模块化级联式多电平交流变换器的输出电压等效开关频率为10k Hz，为每个模块化级联式多电平交流变换子模块开关频率的10倍，其优点是输出电压中的高次谐波容易滤除，且开关管功率器件的开关频率可相应降低。模块化级联式多电平交流变换子模块开关动作时序图和输出波形示意图如图4所示。

需要说明的是，每个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作时间不是仅限于上述的顺序，可以根据实际应用需求灵活安排动作时序。

在另一个实施例中，控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作包括：

控制其中一个模块化级联式多电平交流变换子模块以高频开关动作运行，其余模块化级联式多电平交流变换子模块处于接通或旁路工作状态。

具体的，所有模块化级联式多电平交流变换子模块中，仅有1个模块化级联式多电平交流变换子模块高频开关动作，其余模块化级联式多电平交流变换子模块处于长期接通或者长期旁路状态，从而得到在高电压范围内调节的模块化级联式多电平交流变换器输出电压。

同样以模块化级联式多电平交流变换子模块的数量为10为例做具体说明。相应的，二次侧绕组的个数也为10，二次侧绕组电压分别为u₁、u₂、u₃、……、u₁₀，其幅值分别为U₁、U₂、U₃、……、U₁₀。

其中，各模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压同相位，且幅值相等，即，二次侧绕组的匝数相等，u₁=u₂=u₃=……=u₁₀，则单个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压为u₁。

当要求输出电压|u_o|∈（0，|u₁|）时，如图5中①所示区域，第一个模块化级联式多电平交流变换子模块高频开关工作，其余模块化级联式多电平交流变换子模块都旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

当要求输出电压|u_o|∈（|u₁|，2|u₁|）时，如图5中②所示区域，第一个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第二个模块化级联式多电平交流变换子模块高频开关工作，其余模块化级联式多电平交流变换子模块都旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

..............；

当要求输出电压|u_o|∈（8|u₁|，9|u₁|）时，如图5中⑨所示区域，第一个至第八个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第九个模块化级联式多电平交流变换子模块高频开关工作，第十个模块化级联式多电平交流变换子模块旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

当要求输出电压|u_o|∈（9|u₁|，10|u₁|）时，如图5中⑩所示区域，第一个至第九个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第十个模块高频开关工作。

需要说明的是，上述方法中的“长期接通”或“长期旁路”，至少是0.5个基波周期。

其中，上述的两个实施例的方法的区别在于：第一个方法可极大提高模块化级联式多电平交流变换器输出电压的等效开关频率，输出电压中的高频谐波减小，且更容易滤除。

第二个方法中因为只有一个模块化级联式多电平交流变换子模块处于高频开关动作，模块化级联式多电平交流变换器的整体开关损耗极大减小。

在其他实施例中，控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作包括：

控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块都不以高频开关动作运行，且使得多个模块化级联式多电平交流变换子模块在一个基波周期内处于接通或旁路工作状态。

通过控制单位时间内导通周期与单位时间的比来控制电网电压。这里设单位时间为1s，即通过控制1s内子模块的导通周期的个数来控制输出电压。其中，该单位时间的设定可根据实际情况，例如在其他实施例中，该单位时间也可为0.5s、2s、3s等，并不局限于本发明中所提到的数字。

以模块化级联式多电平交流变换子模块的数量为10为例做具体说明。相应的，二次侧绕组的个数也为10。二次侧绕组电压分别为u₁、u₂、u₃、……、u₁₀。

其中，各模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压同相位，且幅值相等，即，u₁=u₂=u₃=……=u₁₀，则单个模块化级联式多电平交流变换子模块的输入电压为u₁。设输出电压u_o=0.02ku₁（k为0至500内的任意整数）。

当要求k∈（0，50）时，第一个模块化级联式多电平交流变换子模块在1s内导通k个基波周期，旁路（50-k）个基波周期（此处导通周期与旁路周期的顺序可任意改变），其余模块化级联式多电平交流变换子模块都旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

当要求k∈（50，100）时，第一个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第二个模块化级联式多电平交流变换子模块在1s内导通（k-50）个周期，旁路（100-k）个周期（此处导通周期与旁路周期的顺序可任意改变），其余模块化级联式多电平交流变换子模块都旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

..............；

当要求k∈（400，450）时，第一个至第八个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第九个模块化级联式多电平交流变换子模块在1s内导通（k-400）个周期，旁路（450-k）个周期（此处导通周期与旁路周期的顺序可任意改变），第十个模块化级联式多电平交流变换子模块旁路接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期断开，而S₃、S₄长期导通；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₃长期断开，而S₂、S₄长期导通，或S₁、S₃长期导通，而S₂、S₄长期断开）；

当要求k∈（450，500）时，第一个至第九个模块化级联式多电平交流变换子模块长期接通（以图2所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关管S₁、S₂长期导通，而S₃、S₄长期断开；若以图3所示Buck交流变换单元为例，各子模块中的开关子单元S₁、S₄长期导通，而S₂、S₃长期关断），第十个模块在1s内导通（k-450）个基波周期，旁路（500-k）个基波周期（此处导通周期与旁路周期的顺序可任意改变）。

需要注意的是随着单位时间取值的增加，模块化级联式多电平交流变换器所能调节的电压值个数也会增加，总的电压调节范围不变。

上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，采用模块化级联式多电平交流变换器，所述模块化级联式多电平交流变换器包括：

模块化级联式多电平交流变换电路模块，包括多个模块化级联式多电平交流变换子模块，多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端与多个所述二次侧绕组一一对应连接；每个所述模块化级联式多电平交流变换子模块包括Buck交流变换单元，所述Buck交流变换单元的输入端和输出端分别作为所述模块化级联式多电平交流变换子模块的输入端和输出端；每个所述Buck交流变换单元包括四个开关子单元，开关子单元依次连接或桥式连接，四个开关子单元的结构相同，且四个开关子单元分别为第一开关子单元、第二开关子单元、第三开关子单元及第四开关子单元；

四个开关子单元依次连接时，第一开关子单元的一端与第二开关子单元的一端连接，第一开关子单元的另一端作为第一输入端，第三开关子单元的一端与第四开关子单元的一端连接，第四开关子单元的另一端作为第二输入端和第二输出端，第二开关子单元的另一端与第三开关子单元的另一端连接以形成连接点，所述连接点作为第一输出端，将第一输入端和第二输入端作为Buck交流变换单元的输入端，将第一输出端和第二输出端作为Buck交流变换单元的输出端；四个开关子单元桥式连接时，第一开关子单元与第二开关子单元连接作为第一桥臂的上下桥臂，第三开关子单元与第四开关子单元连接作为第二桥臂的上下桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联，以使并联后的第一桥臂和第二桥臂的两端作为Buck交流变换单元的输入端，每个上下桥臂连接点作为Buck交流变换单元的输出端；

其中，每个所述模块化级联式多电平交流变换子模块具有输入端及输出端，每个所述输入端与每个所述二次侧绕组连接，多个所述输出端之间串联以输出总电压；

所述方法包括：

控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作，以得到所述模块化级联式多电平交流变换电路模块的总输出电压；

其中，所述开关动作包括：

2.如权利要求1所述的模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，所述控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块的开关动作还包括：

在一个基波周期内，控制其中一个所述模块化级联式多电平交流变换子模块以高频开关动作运行，其余所述模块化级联式多电平交流变换子模块处于接通或旁路工作状态，在下一个基波周期内，以高频开关动作运行的模块化级联式多电平交流变换子模块可与其他工作状态的模块化级联式多电平交流变换子模块互换工作状态。

3.如权利要求1所述的模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，每个所述开关子单元包括一个开关管；

和/或

每个所述开关子单元包括两个连接的开关管。

4.如权利要求3所述的模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，所述开关管为IGBT开关管、MOSFET开关管、GTO开关管、IGCT开关管及GTR开关管中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，多个所述二次侧绕组的同名端方向相同。

6.一种模块化级联式多电平交流变换器的工作方法，其特征在于，采用模块化级联式多电平交流变换器，所述模块化级联式多电平交流变换器包括：

所述方法包括：

其中，所述开关动作包括：

控制多个所述模块化级联式多电平交流变换子模块都不以高频开关动作运行，以控制多个模块化级联式多电平交流变换子模块在单位时间的一个基波周期内处于接通状态，剩余的所述模块化级联式多电平交流变换子模块在一个基波周期内处于旁路工作状态，且在下一个基波周期内，不同工作状态的模块化级联式多电平交流变换子模块之间可互换工作状态。