CN116488224A - 多端口交直流混合变流装置及多端交直流混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多端口交直流混合变流装置及多端交直流混合系统，装置包括n个具有独立调节控制能力的变流单元和若干个多绕组变压器；n个变流单元的直流侧串联，并引出n个直流端口；多绕组变压器包括与变流单元交流侧相连的n个绕组，以及与交流电网相连的m个绕组，其中n≥2，m≥0；从而形成具有n个直流端口和m个交流端口的交直流混合变流装置；当m＝0，实现两个或多个直流端口的直流‑直流变流功能，当m≥1，实现端口间的交流‑直流变换和直流‑直流变流功能；本装置且采用器件复用技术，所需电力电子器件较少，性价比和效率提高；基于本装置形成多端交直流混合系统，还可减少所需的直流输配线路，实现灵活的交直流变换、控制与输配。

Description

多端口交直流混合变流装置及多端交直流混合系统

技术领域

本发明涉及电力系统输、配电技术领域，具体涉及多端口交直流混合变流装置及多端交直流混合系统。

背景技术

随着直流电网和直流输配电技术的发展，基于电力电子器件的多样化变流技术越来越受到人们关注，相关研究人员在不断寻求低成本、高效、高功率密度的直流变压器和交、直流换流器。另一方面，随着分布式可再生能源越来越广泛的应用，以及各类直流负载的普及，配电网也出现了电力电子化趋势，交直流混合柔性配电也成为近期热点，如广东珠海、浙江杭州柔性直流配电示范工程的建设等。目前交直流混合输配电系统及工程普遍采用电压源变流器或电流源变流器进行交直流变换，采用直流变压器进行直流变换，在设备的技术经济性能、系统的功能灵活多样性功能等方面仍有待进一步提高。尤其是交直流混合柔性配电，主设备及系统成本较高，阻碍了它的应用发展。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明在提供了一种多端口交直流混合变流装置的同时，还提供了该装置的变流方法，另外还提供了一种多端交直流混合系统，通过该装置及方法，能以较低成本和较优的技术性能同时实现交、直流变换和直流直流变流，通过该系统，能实现本地及异地间灵活的交、直流变换、控制与输配。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明所述的一种多端口交直流混合变流装置，包括n个具有独立控制调节能力的变流单元和若干个多绕组变压器，n个变流单元在直流侧进行串联连接后引出n+1个直流端子，以某一个直流端子或直流侧电路上的电位点作为公共端子，该公共端子与其余直流端子两两组合形成n个可独立调节控制的直流端口；所述多绕组变压器引出与各变流单元交流侧相连的n个第一交流端口及与交流电网相连的m个第二交流端口，其中m≥0，从而构成交直流混合多端口变流装置；

所述多绕组变压器是包含n个第一交流端口和m个第二交流端口的1个多绕组变压器，或者是由若干双绕组或多绕组变压器经过串、并联组合构成并引出n个所述第一交流端口和m个第二交流端口；所述多绕组变压器用作交、直流电气隔离的并网变压器，减少并网变压器的额外配备；

n个所述变流单元采用相同或不同的变流器拓扑结构，包括两电平电压源变流器、两电平以上的多电平电压源变流器、模块化多电平电压源变流器和桥式变流结构，n个所述变流单元根据需要选择电路拓扑及参数、电压和电流额定值，每个所述变流单元还采用多个桥式变流电路串、并联组成的多重化结构；

所述多绕组变压器和变流单元同为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构，且所述变流单元的交流端口和所述多绕组变压器的第一交流端口相应为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构；

当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元中间电位直流端子为公共端子，则构成真双极结构的多端口变流装置；当选择非直流端子的其它中间电位为公共端子，则形成伪双极结构的多端口变流装置；真双极结构多端口变流装置的正极和负极分别独立运行，分别按正单极和负单极结构进行设计与分析；伪双极结构多端口变流装置的正极和负极拓扑及参数对称，正、负极对称运行且不可独立运行，按正单极或负单极结构进行设计与分析，根据对称关系获得负单极或正单极结构的参数与变量；

当m≥1时，本多端口交直流混合变流装置同时实现了交流-直流变换和直流-直流变流功能；当m＝0时，本多端口交直流混合变流装置实现了两个以上直流端口的直流-直流变流功能。

进一步地，在n个所述变流单元直流侧的直流端口中，具有较高电压等级的直流端口的电压由具有较低电压等级的直流端口的电压和二者之间的变流单元的直流电压叠加而成，从而使得每个所述直流端口内的变流单元和电力电子器件能够在更高电压等级的直流端口中重复利用，显著减少所需电力电子数量，同时使不同直流端口之间形成直接电气耦合，并进一步具有直流-直流变流功能，且该直接直流-直流变流时电流流经的器件数量减少，提高直流-直流变流效率；

上述变流单元串联后引出的直流端子d₁，d₂，…，d_n，d_n+1，按电压从高到低引出排列，则有：V_d,1>V_d,2>V_d,3>…>V_d,n+1；公共端子为d_o，当公共端子为直流端子d_n+1，此时构成正单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，当公共端子为直流端子d₁，此时构成为负单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₂-d_o，d₃-d_o，…，d_n+1-d_o，当公共端子为具有中间电压的直流端子，此时构成双极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，d_n+1-d_o；

1)对于正单极结构，相应直流端口电压表示为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n>0，且V_d,o＝V_d,n+1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,iI_du,i-V_dt,iI_du,i-1,i＝1,2,...,n,I_du,0＝0 (2)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (3)

从而有

且：

其中P_at为交流端口的输出功率；

2)对于负单极结构，相应直流端口电压表示为0>V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，且V_d,o＝V_d,1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i+1-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,i(I_du,i+1-I_du,i),i＝1,2,...,n,I_du,n+1＝0 (8)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (9)

从而有

且：

3)对于真双极结构，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i之间相互关系，在其正极和负极电路中分别如以上正单极和负单极所述；对于伪双极结构，其正极和负极对称，按上述正单极或负单极进行计算与分析，并按对称关系求得负极或正极相关变量。

进一步地，多端口交直流混合变流装置利用变流单元直流侧串联形成的直接电气耦合进行直流电力交互，利用变压器的交流电磁耦合进行交流电力交互，从而实现多端口间灵活的交直流电力交互与传输；

基于上述交、直流电力交互与传输方式，并结合变流单元的双向变流能力，实现交、直流端口间的交流-直流或直流-交流变换、直流-直流直接变换、直流-直流间接变换三种典型变流模式；并根据实际需要选择一种或多种典型变流模式的同时应用，形成多样化的多端口变流工作模式；

交流-直流变换或直流-交流变换：基于变流单元的直流-交流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从直流端口输入，经变流器和变压器从交流端口输出，形成直、交流端口间的直流-交流变换；或基于变流单元的交流-直流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从交流端口输入，经变压器和变流器从直流端口输出，形成交、直流端口间的交流-直流变换；

直流-直流直接变换：使电能从一部分直流端口输入，利用变流单元直流侧串联形成的电气耦合进行直流电力的直接交互，并从另一部分直流端口输出，形成直流端口间的直流-直流直接变流；具体为：当以正单极结构的直流端口1、2进行直流-直流直接变换时，若0<I_du,1<I_du,2,则从直流端口1输入的部分电能将经过变流单元1直接输入直流端口2，形成直流端口1、2间的直流-直流直接变流，该直接变流功率P_DD1按照公式(13)计算得到；其它任意两个直流端口进行直流-直流直接变换，以相同方法形成该两个直流端口间的直流-直流直接变流和计算得到直接变流功率；

P_DD1＝V_dt,2(I_du,2-I_du,1) (13)

直流-直流间接变换：利用变流单元的直流-交流电力变换，变压器电磁耦合的交流交换能力，以及另一部分变流单元的交流-直流变换，使电能从一部分直流端口输入，经一部分变流单元、变压器及另一部分变流单元的电力变换与传输，并从另一部分直流端口输出；

具体来说，定义输入功率大于零的直流端口组合为E，输入功率小于零的直流端口组合为F；定义输入直流功率大于零的变流单元组合为G，输入直流功率小于零的变流单元组合为H，则直流端口组和E和F输入功率P_dt,E和P_dt,F、变流单元组合G和H的输入功率P_du,G和P_du,H为：

直流-直流变换功率P_DD1、直流-交流-直流变换功率P_DD2、直流-交流变换功率P_at为：

其中S_D为交流功率方向系数，当P_at大于零，S_D为1；当P_at小于零，S_D为-1；总的直流-直流变换功率P_DD为直流-直流直接变换功率P_DD1和直流-直流间接变换功率P_DD2之和。

进一步地，为实现上述交直流端口间多样化的变流工作模式，变流单元组合应在四象限范围内进行功率变换，四象限功率变换进一步分为六个运行区间，为便于说明，考虑上述变流单元组合E、F、G、H的功率方向可变，则：

运行区间1：0<P_u,G<P_uN,G，-P_u,G<P_u,H<0,此时P_at>0，G组变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口输入，并从交流端口和F组直流端口输出，其中下标N表示该变量的额定值，P_uN,G表示正向额定功率；

运行区间2：0<P_u,G<-P_u,H，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组的变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口和交流端口输入，从F组直流端口输出，其中-P_uN,H表示反向额定功率；

运行区间3：-P_uN,G<P_u,G<0，0＜P_u,H<-P_u,G，各功率方向与运行区间1相反，此时P_at<0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口和交流端口输入，从E组直流端口输出；

运行区间4：-P_u,H<P_u,G<0，0＜P_u,H<P_uN,H,各功率方向与运行区间2相反，此时P_at>0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口输入，从E组直流端口和交流端口输出；

运行区间5：0<P_u,G<P_uN,G，0<P_u,H<P_uN,H,此时P_at>0，G组、H组变流单元工作在逆变模式，输入直流电流大于零；交直流多端口间仅存在直流-交流变流模式，功率从E、F组直流端口输入，先后经变流单元、变压器从交流端口输出；

运行区间6：-P_uN,G<P_u,G<0，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组及H组变流单元工作在整流模式；交直流多端口间仅存在交流-直流变流模式，功率从交流端口输入，并从E、F组直流端口输出；

此外，在上述六个运行区间之间还存在运行临界线，分别是P_u,G＝0、P_u,H＝0、P_u,G＝-P_u,H；当P_u,G＝0或P_u,H＝0，功率在直流端口和交流端口之间进行交互；P_u,G＝-P_u,H，功率在直流端口和直流端口之间进行交互；上述E、F、G、H组的组成单元在运行过程中会发生变化，再加上P_u,E、P_u,F、P_u,G和P_u,H在运行过程中的大小和方向发生改变，形成了丰富灵活的多样化运行模式。

进一步地，1)正单极结构

从式(4)推导获得公式(17)，

从式(17)推导获得公式(18)，

从而得到公式(19)；

按照公式(17)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式代入公式(17)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(18)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把下述直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(18)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得各变流单元的交流参考电流，之后按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

2)负单极结构

从式(10)推导获得公式(23)，

从式(17)推导获得公式(24)，

从而得到公式(25)；

按照公式(23)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式(21)代入公式(23)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(24)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(24)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得交流参考电流，并按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

此外，真双极结构的正极和负极部分分别按上述正单极和负单极进行控制，伪双极结构的正极或负极部分按上述正单极或负单极进行控制，并根据对称关系获得负极或正极的功率或电流控制所需参考变量；按照上述交直流端口的功率或电流控制方式，确定各变流单元的变换功率，从而确定满足交直流端口功率交互需求的多端口间变流模式；基于以上交直流端口的电流控制或功率控制，加上现有典型外环控制模块，实现直流端口电压、交流端口电压、Droop控制等多样化控制模式。

进一步地，每个所述变流单元分别连接有控制单元，所述控制单元用于对变流单元的直流侧和/或交流侧的电压、电流、功率进行控制调节，从而直接或间接对本多端口交直流混合变流装置的直流端口和/或交流端口的电压、电流、功率进行控制调节；而且由于变流单元控制要考虑通过串联连接的其它变流单元直流电流流过的影响，所述控制单元按上述所有公式进行设定，并在此基础上完成所需的电压、电流或功率控制：

或者，n个所述变流单元连接有装置级总控制单元，所述装置级总控制单元用于协调控制所有变流单元的输入输出及总功率，从而实现对本多端口交直流混合变流装置的交、直流端口灵活电力变换、控制与稳定运行；

所述控制单元或装置级总控制单元在对变流单元进行控制时，应满足以下公式：

式中，nt表示变流装置中有nt个直流端口，na表示nt个直流端口中有na个直流端口的电压控制由所连接直流回路的其它设备完成，nb表示有nb个直流端口由本多端口交直流混合变流装置完成直流电压控制，nc表示有nc个没有直接引出直流端口的变流单元采用直流电压控制，nd表示有nd个变流单元采用非直流电压控制。

进一步地，所述多端口交直流混合变流装置实现了不同电压等级的直流负载和分布式直流电源的接入与电力交互，通过对控制方法的选择与配合，还实现了不同直流端口之间的电力变换与交互、直流端口与交流端口之间的电力变换与交互，具体包括：

当任意组合成第一部分直流端口A的一个以上所述直流端口的输入功率均大于零或小于零，且输入功率之和为P_A，组合成的第二部分直流端口B的余下一个以上所述直流端口的输入功率均小于零或大于零，且输入功率之和为P_B，所述交流端口的输入有功功率为P_AC，忽略本多端口交直流混合变流装置损耗，则有：当m＝0，P_A+P_B＝0；当m≥1，P_A+P_B+P_AC＝0，且：

当m≥0时，若P_A+P_B＝0，P_A>0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B＝0，P_A<0,则为第二部分直流端口B向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B<0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B和交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B>0，则为第二部分直流端口B和交流端口向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B>0，则为第一部直流端口A和第二部分直流端口B向交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B<0时，则为交流端口向第一部分直流端口A和第二部分直流端口B的电力变换与电力输送。

本发明的多端口交直流变流装置通过采用上述技术方案，能够同时实现交流-直流变换和直流-直流变流功能，而且该装置的总体成本低，所需电力电子器件较少，结构更简化。

本发明还提供了一种多端交直流混合输配系统，包括两个以上所述的多端口交直流混合变流装置，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个直流端口分别连接相应电压等级的直流回路，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个第二交流端口分别连接相应电压等级的交流回路，形成多端交直流混合输配系统，实现多地、不同电压等级直流负载和多电压等级直流电源的接入、互联与互动；

对于具有n个直流端口的交直流混合变流装置，从公共端子引出的输配线路作为公共电位线路，则在多电压等级的直流输配电线路中，各电压等级输配电线路共用一条公共电位线路；若直流输配电线路具有中、低两个不同电压等级，则该输配电线路由三条输配导线组成，分别是低压导线、中压导线和公共电位或零电位导线。

进一步地，该多端交直流混合输配系统还包括系统级控制单元，所述系统级控制单元用于控制各多端变流装置的协调配合运行，实现跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济，以及实现交直流输配网的稳定运行；其中，所述跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济包括：

通过不同电压等级直流回路实现的相同或不同电压等级的异地交流电路间灵活电力交换与互济；

相同或不同电压等级的异地直流回路之间灵活电力交换与互济；

异地交、直流间的灵活电力变换与互济。

本发明所述多端交直流混合输配系统通过采用本发明上述多端口交直流混合变流装置，一方面能够实现通过不同电压等级直流回路实现相同或不同电压等级异地交流电网之间的电力交换与互济，二方面能够实现异地相同或不同电压等级直流的电力变换与分配，三方面能够地交、直流之间的灵活电力变换，从而实现更加多样的交、直流混合运行方式，获得更加灵活的交、直流变换、控制与输配，使多端交直流混合输配系统的功能更强大，从而提升了配电系统运行的稳定性和可靠。

附图说明

图1为本发明的多交流端口的多端口交直流变流装置的结构示意图；

图2为本发明的单交流端口的多端口交直流变流装置的结构示意图；

图3为本发明的多端交直流混合输配系统中正单极结构的多端口变流装置的结构示意图；

图4为本发明的多端交直流混合输配系统中负单极结构的多端口变流装置的结构示意图；

图5为本发明的多端交直流混合输配系统中真双极结构的多端口变流装置的结构示意图；

图6为本发明多端交直流混合口变流装置通过直流耦合和交流耦合进行电力交互与传输的详细图；

图7为本发明多端交直流混合口变流装置通过直流耦合和交流耦合)进行电力交互与传输的简化图；

图8为本发明多端口交直流变流装置三种典型变流模式示意图；

图9为本发明多端口交直流变流装置进行功率变换时的运行区间示意图；

图10为本发明所述多端口交直流变流装置实施例应用于多端交直流混合系统的拓扑结构示意图；

图11为本发明所述多端口交直流变流装置(包括MMC和两电平电压源两个不同变流单元)适用于中压配电单极应用场景的拓扑示意图；

图12为本发明所述多端口交直流变流装置(包括MMC和两电平电压源两个不同变流单元)适用于中压配电双极应用场景的拓扑示意图；

图13为本发明所述多端口交直流变流装置(包括两个两电平电压源变流单元)适用于低压配电单极应用场景的拓扑示意图；

图14为本发明所述多端口交直流变流装置(包括MMC和两电平电压源两个不同变流单元)适用于中压配电单极应用场景且中压和低压直流端口电气隔离的拓扑示意图；

图15为为本发明所述多端口交直流变流装置(包括MMC和两电平电压源两个不同变流单元)适用于中压配电单极应用场景且中压和低压直流端口电气隔离的拓扑示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的一种多端口交直流混合变流装置，包括n个具有独立控制调节能力的变流单元和若干个多绕组变压器，n个变流单元在直流侧进行串联连接后引出n+1个直流端子，以某一个直流端子或直流侧电路上的电位点作为公共端子，该公共端子与其余直流端子两两组合形成n个可独立调节控制的直流端口；所述多绕组变压器引出与各变流单元交流侧相连的n个第一交流端口及与交流电网相连的m个第二交流端口，其中m≥0，从而构成交直流混合多端口变流装置。

在一种可能实现的方案可，所述多绕组变压器是包含n个第一交流端口和m个第二交流端口的1个多绕组变压器，或者是由若干双绕组或多绕组变压器经过串、并联组合构成并引出n个所述第一交流端口和m个第二交流端口；所述多绕组变压器用作交、直流电气隔离的并网变压器，减少并网变压器的额外配备；

n个所述变流单元采用相同或不同的变流器拓扑结构，包括两电平电压源变流器、两电平以上的多电平电压源变流器、模块化多电平电压源变流器和桥式变流结构，n个所述变流单元根据需要选择电路拓扑及参数、电压和电流额定值，每个所述变流单元还采用多个桥式变流电路串、并联组成的多重化结构。

所述多绕组变压器和变流单元同为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构，且所述变流单元的交流端口和所述多绕组变压器的第一交流端口相应为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构。

当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元中间电位直流端子为公共端子，则构成真双极结构的多端口变流装置；当选择非直流端子的其它中间电位为公共端子，则形成伪双极结构的多端口变流装置；真双极结构多端口变流装置的正极和负极分别独立运行，分别按正单极和负单极结构进行设计与分析；伪双极结构多端口变流装置的正极和负极拓扑及参数对称，正、负极对称运行且不可独立运行，按正单极或负单极结构进行设计与分析，根据对称关系获得负单极或正单极结构的参数与变量；

当m≥1时，本多端口交直流混合变流装置同时实现了交流-直流变换和直流-直流变流功能；当m＝0时，本多端口交直流混合变流装置实现了两个以上直流端口的直流-直流变流功能。

进一步地，在n个所述变流单元直流侧的直流端口中，具有较高电压等级的直流端口的电压由具有较低电压等级的直流端口的电压和二者之间的变流单元的直流电压叠加而成，从而使得每个所述直流端口内的变流单元和电力电子器件能够在更高电压等级的直流端口中重复利用，显著减少所需电力电子数量，同时使不同直流端口之间形成直接电气耦合，并进一步具有直流-直流变流功能，且该直接直流-直流变流时电流流经的器件数量减少，提高直流-直流变流效率。

上述变流单元串联后引出的直流端子d₁，d₂，…，d_n，d_n+1，按电压从高到低引出排列，则有：V_d,1>V_d,2>V_d,3>…>V_d,n+1；公共端子为d_o，当公共端子为直流端子d_n+1，此时构成正单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，当公共端子为直流端子d₁，此时构成为负单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₂-d_o，d₃-d_o，…，d_n+1-d_o，当公共端子为具有中间电压的直流端子，此时构成双极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，d_n+1-d_o。

1)对于正单极结构，如图3所示，相应直流端口电压表示为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n>0，且V_d,o＝V_d,n+1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,iI_du,i-V_dt,iI_du,i-1,i＝1,2,...,n,I_du,0＝0 (2)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (3)

从而有

/>

且：

其中P_at为交流端口的输出功率；

2)对于负单极结构，如图4所示，相应直流端口电压表示为0>V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，且V_d,o＝V_d,1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i+1-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,i(I_du,i+1-I_du,i),i＝1,2,...,n,I_du,n+1＝0 (8)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (9)

从而有

且：

3)对于真双极结构，如图5所示，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i之间相互关系，在其正极和负极电路中分别如以上正单极和负单极所述；对于伪双极结构，其正极和负极对称，按上述正单极或负单极进行计算与分析，并按对称关系求得负极或正极相关变量。

在一种可能实现的方案中，如图6和图7所示，本发明所述多端口交直流混合变流装置利用变流单元直流侧串联形成的直接电气耦合(DC Coupling)进行直流电力交互，利用变压器的交流电磁耦合(AC Coupling)进行交流电力交互，从而实现多端口间灵活的交直流电力交互与传输。

基于上述交、直流电力交互与传输方式，并结合变流单元的双向变流能力，实现交、直流端口间的交流-直流或直流-交流变换、直流-直流直接变换、直流-直流间接变换三种典型变流模式；并根据实际需要选择一种或多种典型变流模式的同时应用，形成多样化的多端口变流工作模式；如图8所示，图8中展示了本发明多端口交直流变流装置上述三种典型变流模式(交、直流端口间的典型变流模式)的电力交互与传输，其中图8a的P_dt,A>-P_dt,B，图8b的P_dt,A<-P_dt,B。

交流-直流变换或直流-交流变换(AC-DC或DC-AC)：基于变流单元的直流-交流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从直流端口输入，经变流器和变压器从交流端口输出，形成直、交流端口间的直流-交流变换；或基于变流单元的交流-直流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从交流端口输入，经变压器和变流器从直流端口输出，形成交、直流端口间的交流-直流变换。

直流-直流直接变换(DC-DC)：使电能从一部分直流端口输入，利用变流单元直流侧串联形成的电气耦合进行直流电力的直接交互，并从另一部分直流端口输出，形成直流端口间的直流-直流直接变流；以正单极结构的直流端口1、2为例，若0<I_du,1<I_du,2，则从直流端口1输入的部分电能将经过变流单元1直接输入直溜溜端口2，形成直流端口1、2间的直流-直流直接变流，该直接变流功率P_DD1按照公式(13)计算得到；

P_DD1＝V_dt,2(I_du,2-I_du,1) (13)

同理地，当以其它任意两个直流端口进行直流-直流直接变换进，采用上述以直流端口1、2为例的方法形成该两个直流端口间的直流-直流直接变流，以及计算得到相应的直接变流功率。

直流-直流间接变换(DC-AC-DC)：利用变流单元的直流-交流电力变换，变压器电磁耦合的交流交换能力，以及另一部分变流单元的交流-直流变换，使电能从一部分直流端口输入，经一部分变流单元、变压器及另一部分变流单元的电力变换与传输，并从另一部分直流端口输出；

具体来说，定义输入功率大于零的直流端口组合为E，输入功率小于零的直流端口组合为F；定义输入直流功率大于零的变流单元组合为G，输入直流功率小于零的变流单元组合为H，则直流端口组和E和F输入功率P_dt,E和P_dt,F、变流单元组合G和H的输入功率P_du,G和P_du,H为：

直流-直流变换功率P_DD1、直流-交流-直流变换功率P_DD2、直流-交流变换功率(即交流端口输出功率)P_at按公式(16)计算得到；

其中S_D为交流功率方向系数，当P_at大于零，S_D为1；当P_at小于零，S_D为-1；总的直流-直流变换功率P_DD为直流-直流直接变换功率P_DD1和直流-直流间接变换功率P_DD2之和。

在一种可能实现的方案中，为实现本发明所述多端口变流装置的交直流端口间多样化的变流工作模式，变流单元组合应在四象限范围内进行功率变换，四象限功率变换进一步分为六个运行区间，如图9所示；为便于说明，考虑上述变流单元组合E、F、G、H的功率方向可变，则：

运行区间1：0<P_u,G<P_uN,G，-P_u,G<P_u,H<0,此时P_at>0，G组变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口输入，并从交流端口和F组直流端口输出，如图8a所示，其中下标N表示该变量的额定值，P_uN,G表示正向额定功率(即正向变换时的额定功率)；

运行区间2：0<P_u,G<-P_u,H，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组的变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口和交流端口输入，从F组直流端口输出，如图8b所示，其中-P_uN,H表示反向额定功率(即反向变换时的额定功率)；

运行区间3：-P_uN,G<P_u,G<0，0＜P_u,H<-P_u,G，各功率方向与运行区间1相反，此时P_at<0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口和交流端口输入，从E组直流端口输出；

运行区间4：-P_u,H<P_u,G<0，0＜P_u,H<P_uN,H,各功率方向与运行区间2相反，此时P_at>0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口输入，从E组直流端口和交流端口输出；

运行区间5：0<P_u,G<P_uN,G，0<P_u,H<P_uN,H,此时P_at>0，G组、H组变流单元工作在逆变模式，输入直流电流大于零；交直流多端口间仅存在直流-交流变流模式，功率从E、F组直流端口输入，先后经变流单元、变压器从交流端口输出；

运行区间6：-P_uN,G<P_u,G<0，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组及H组变流单元工作在整流模式；交直流多端口间仅存在交流-直流变流模式，功率从交流端口输入，并从E、F组直流端口输出；

此外，在上述六个运行区间之间还存在运行临界线，分别是P_u,G＝0、P_u,H＝0、P_u,G＝-P_u,H；当P_u,G＝0或P_u,H＝0，功率在直流端口和交流端口之间进行交互；P_u,G＝-P_u,H，功率在直流端口和直流端口之间进行交互；上述E、F、G、H组的组成单元在运行过程中会发生变化，再加上P_u,E、P_u,F、P_u,G和P_u,H在运行过程中的大小和方向发生改变，形成了丰富灵活的多样化运行模式。

进一步地，1)正单极结构

从式(4)推导获得公式(17)，

从式(17)推导获得公式(18)，

从而得到公式(19)；

按照公式(17)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式代入公式(17)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(18)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把下述直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(18)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得各变流单元的交流参考电流，之后按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

2)负单极结构

从式(10)推导获得公式(23)，

从式(17)推导获得公式(24)，

从而得到公式(25)；

按照公式(23)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式(21)代入公式(23)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(24)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(24)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得交流参考电流，并按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

此外，真双极结构的正极和负极部分分别按上述正单极和负单极进行控制，伪双极结构的正极或负极部分按上述正单极或负单极进行控制，并根据对称关系获得负极或正极的功率或电流控制所需参考变量；按照上述交直流端口的功率或电流控制方式，确定各变流单元的变换功率，从而确定满足交直流端口功率交互需求的多端口间变流模式；基于以上交直流端口的电流控制或功率控制，加上现有典型外环控制模块，实现直流端口电压、交流端口电压、Droop控制等多样化控制模式。

进一步地，每个所述变流单元分别连接有控制单元，所述控制单元用于对变流单元的直流侧和/或交流侧的电压、电流、功率进行控制调节，从而直接或间接对本多端口交直流混合变流装置的直流端口和/或交流端口的电压、电流、功率进行控制调节；而且由于变流单元控制要考虑通过串联连接的其它变流单元直流电流流过的影响，所述控制单元按上述所有公式进行设定，并在此基础上完成所需的电压、电流或功率控制：

或者，n个所述变流单元连接有装置级总控制单元，所述装置级总控制单元用于协调控制所有变流单元的输入输出及总功率，从而实现对本多端口交直流混合变流装置的交、直流端口灵活电力变换、控制与稳定运行；

所述控制单元或装置级总控制单元在对变流单元进行控制时，应满足以下公式：

式中，nt表示变流装置中有nt个直流端口，na表示nt个直流端口中有na个直流端口的电压控制由所连接直流回路的其它设备完成，nb表示有nb个直流端口由本多端口交直流混合变流装置完成直流电压控制，nc表示有nc个没有直接引出直流端口的变流单元采用直流电压控制，nd表示有nd个变流单元采用非直流电压控制。

进一步地，所述多端口交直流混合变流装置实现了不同电压等级的直流负载和分布式直流电源的接入与电力交互，通过对控制方法的选择与配合，还实现了不同直流端口之间的电力变换与交互、直流端口与交流端口之间的电力变换与交互，具体包括：

当任意组合成第一部分直流端口A的一个以上所述直流端口的输入功率均大于零或小于零，且输入功率之和为P_A，组合成的第二部分直流端口B的余下一个以上所述直流端口的输入功率均小于零或大于零，且输入功率之和为P_B，所述交流端口的输入有功功率为P_AC，忽略本多端口交直流混合变流装置损耗，则有：当m＝0，P_A+P_B＝0；当m≥1，P_A+P_B+P_AC＝0，且：

当m≥0时，若P_A+P_B＝0，P_A>0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B＝0，P_A<0,则为第二部分直流端口B向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B<0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B和交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B>0，则为第二部分直流端口B和交流端口向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B>0，则为第一部直流端口A和第二部分直流端口B向交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B<0时，则为交流端口向第一部分直流端口A和第二部分直流端口B的电力变换与电力输送。

如图1所示，图1中为三相多端口交直流变流装置的单级系统，以此为例，该装置的n个变流单元在直流侧串联并引出n+1个直流端子；每一变流单元交流侧分别接入多绕组变压器不同绕组，变压器另外m个绕组引出3m个交流端子，从而形成具有n+1个(n≥2)直流端子和3m个(m≥1)交流端子的多端口变直流变流装置。

对于多端口三相交直流变流装置，一组a，b，c三相交流端子组成一个交流端口，3m个交流端子组成m个交流端口；此外任意两个直流端子可组成一个直流端口，从而最多可引出(n+1)*n/2个直流端口，形成多端口交直流变流装置，便于同时接入不同电压等级的交、直流电路，实现灵活的交、直流电能变换与输配。此外，根据上述系统的设计规则，也可以经过简单变换，应用于单相交流系统形成多端口单相交直流变换装置。相应的单相多端口交直流变流装置则包含n+1个(n+1≥3)直流端子和m个(m≥1)单相交流端子。

n个所述变流单元的每个变流单元分别连接有控制单元，所述控制单元用于对变流单元的直流侧和/或交流侧的输出的电压、电流和功率进行控制调节，从而直接或间接对装置的直流和/或交流端口的电压、电流和功率进行控制调节。

其中，n个变流单元中的每个变流单元均配置相对独立的控制单元，从而可灵活控制n个变流单元的交直流变换，并最终实现对n个直流端口和/或交流端口的调节控制，如对这些直流端口的电压、电流或功率进行调节控制等。本装置的直流侧最多引出的(n+1)*(n)/2个直流端口，但最多仅能对n个直流端口进行独立灵活控制。其它(n+1)*(n)/2-n个直流端口输出由上述n个可控直流端口输出组合而成，不具有可控可调性。基于此，可根据需要设置变流单元数量和直流端口数量。

每个变流单元通过各自的控制单元可对直流侧的电压、电流或功率进行调节，也可对交流测的电压、电流或功率进行调节。无论采用何种方式控制，同一变流单元的交、直流侧有功功率一致(忽略变流器损耗)，而交流侧无功功率输出可通过变流单元交流测电压、电流的幅值及相位关系进行调节。

而多绕组变压器连接变流器输出及交流网络，实现各绕组间的电气隔离、交流变压及电能交换，但变压器不具备灵活的电流和功率调节能力。

本发明装置通过变流单元和多绕组变压器相结合，可实现各直流端口和交流端口间灵活的电力变换、控制与输配。为了更好的说明，下面列举几种使用本发明装置的实施例加以说明。

1)不同电压等级的直流负载和分布式直流电源接入与电力交互。

再如图1所示，具有n个独立可调直流端口的变流装置可引出n个不同电压等级的直流输配线，可提供不同电压等级的直流负载(如电动汽车充电、直流建筑等)和分布式直流电源(如光伏、储能等)的接入，并通过直流输配线实现电力交互。

2)2个或多个直流端口之间的电力变换、控制与输配。通过变流单元和多绕组变压器可实现不同或相同电压等级直流端口间的灵活电力交换，控制与输配。如图所示的n+1个直流端子可组合成n个可独立控制的不同(或相同)电压等级直流端口，从而通过如下路径实现变换，控制，并最终实现在不同或相同电压等级直流回路间的电力变换、控制及分配。

电力变换和输配路径关系为：

直流端口A、B等→变流单元A、B等→多绕组变压器→变流单元C、D等→直流端口C、D等。

3)1个或多个直流端口到交流端口的电力变换、控制与输配。如图所示，通过变流单元控制器对n个变流单元进行控制，可以实现多直流端口的电力汇聚及其到交流端口的电力输配。本变流装置各交流端口的电能分配可通过交流开关进行切换，因此不能同时对多个交流端口的功率分别进行调节，直流端口到交流端口的电力变换及输配路径如下：

直流端口A、B等→变流单元A、B等→多绕组变压器实现多变流单元电能集总及电能交换→交流端口A或B等。

4)交流端口到1个或多个直流端口的电力变换与输配。交流端口连接至多绕组变压器，并通过变压器及n个变流单元，可实现交流电从交流端口到不同(或相同)电压等级的n个直流端口的电力变换、控制与输配。同样，本装置可对n个直流端口的电力分配分别进行调节控制，但不能同时对各交流端口的输送功率进行调节，而只能通过开关在不同时间切换接入的方式进行。交流端口到直流端口的电力变换及输配路径如下：

交流端口A或B等→多绕组变压器实现交流端口电能集总及电能交换-变流单元A、B等→直流端口A、B等。

此外，也可以采用图2所示的多直流端口单交流端口变流拓扑，实现1个或多个直流端口与交流端口间的电力变换及电力交互。图1中的三相多绕组变压器也可由三个单相多绕组变压器等组合而成。把图1、2中的三相变流单元和三相多绕组变压器以单相变流单元和单相多绕组变压器代替，则可构成单相多端口交直流变流装置。

另外，图1、图2中的变压器三相绕组可采用星型、三角形等不同联结方式和不同的联结组别。

n个所述变流单元可以采用相同或不同的变流器拓扑结构，包括两电平电压源变流器、两电平以上的多电平电压源变流器、模块化多电平电压源变流器等电压源变流器，乃至其它各类电流源变流器等。也可以采用上述不同变流器拓扑的混合应用。

各变流单元可根据需要选择不同的电压和电流额定值。变流单元可由多个阀模块串联而成。各个变流单元也可采用不同的阀模板拓扑、不同的阀模块参数及不同的电力电子器件额定。但同一变流单元内的阀模块及其参数一般一致。

由n个变流单元组成的多端口装置可通过n个变流单元对n个直流端口进行独立控制，独立控制端口可以是各变流单元的直流输出端，如d₁-d₂，d₂-d₃，d₃-d₄等，也可以是不同变流单元输出端子的不同组合，如d₁-d_n+1，d₂-d_n，d₁-d₃等，从而可实现灵活电力变换与输配控制。一般包含n个变流单元和多绕组变压器的单极结构多端口变流装置引出n个正极(或负极)直流端口；包含n个(此时n为偶数)变流单元和多绕组变压器的真双极对称结构多端口变流装置引出n/2个正极端口和n/2个负极端口；包含n个(此时n为奇数)变流单元和多绕组变压器的伪双极结构多端口变流装置引出(n+1)/2个直流端口。一般双极结构多端口变流装置的正、负极拓扑结构对称。

另外，多端口交直流变流装置的变流单元数量由需要独立控制的直流端口数量所决定，各变流单元的电压耐受能力和电力电子器件串联数主要由其直流端口和交流侧额定电压及过电压倍数所确定，而多端口交直流变流装置的直流电压总耐受能力和电力电子器件串联总数量由最高电压直流端口额定电压及其相应交流侧电压及过电压倍数所确定。

对于包含n个变流单元的单极直流结构，若所需的n个独立控制直流端口的额定直流电压绝对值分别为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，则引出的直流端口相应为d₁-d_n+1，d₂-d_n+1，…，d_n-d_n+1，如图1、图2所示。且直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,n+1，i＝1，2，…，n。

对于包含n个变流单元的真双极直流对称结构(此时n为偶数)，若所需的n个独立控制直流端口的额定直流电压绝对值分别为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，则引出的直流端口相应为d₁-d_n/2+1，d₂-d_n/2+1，…，d_n/2-d_n/2+1，d_n/2+2-d_n/2+1，…，d_n+1-d_n/2+1，如图1、图2所示。且直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i的关系为：当i＝1，2，…，n/2，V_dt,i＝V_d,i-V_d,n/2+1；当i＝n/2+1，n/2+2，…，n，V_dt,i＝V_d,i+1-V_d,n/2+1。

对于包含n个变流单元的伪双极直流结构(此时n为奇数)，若所需的(n+1)/2个独立控制直流端口的额定直流电压绝对值分别为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,(n+1)/2，则引出的直流端口相应为d₁-d_n+1，d₂-d_n，…，d_(n+1)/2-d_(n+3)/2，如图1、图2所示。且直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,n+2-i，i＝1，2，…，(n+1)/2。

变流单元器件串联数则由其对应交直流电压及其过电压倍数依次确定。各变流单元额定电流则由流经它的总额定电流决定。

变流单元的控制方式因其拓扑形式不同可存在差异。各变流拓扑所用控制方式原则上都适用于本多端口装置相应控制单元，但仍需考虑本装置拓扑特点及其带来的影响，主要包括

1)变流单元电位差异的影响。变流单元在直流侧串联，从而各变流单元电位与单个变流器存在较大差异。如对于第一变流单元1，其高压直流母线电位为V_d,1,低压直流母线电位为V_d,2，第二变流单元2的高、低压直流母线电压分别为V_d,2和V_d,3；而变流单元交流母线对地电压大小也取决于其在串联结构的变流单元中所处位置以及接地位置的设计。

2)变流单元电流差异的影响。变流单元控制需要的交、直流电流也需要考虑装置所采用的串联结构的影响。如图2所示，变流单元直流电流与所连接直流端口直流电流并不一致，控制中用到的直流电流应根据控制对象适当选择。

多端口变流装置的交直流变换功率、变换电流及直流电压的控制主要通过变流单元实现。对于具有n个变流单元的多端口变流装置，每个变流单元可在直流电压、交流(或直流)电流、交流(或直流)功率三种控制方式中选择一种进行。其它基于这三个变量进行的其它控制方式，可视为这三者之一。如交流电压稳定控制可归纳为交流电流控制等。

n个所述变流单元连接有装置级总控制单元，所述装置级总控制单元用于协调控制所有变流单元的总功率。

具体的，上述装置的各控制单元及装置级总控制单元在对变流装置进行变流控制的方法包括：

在对各变流单元进行控制时，控制方法的设置需满足如下条件：

nt表示变流装置中有nt个直流端口，na表示nt个直流端口中有na个直流端口的电压控制由所连接直流回路的其它设备完成，nb表示有nb个直流端口由本多端口变流装置完成直流电压控制，nc表示有nc个没有直接引出直流端口的变流单元采用直流电压控制，nd表示有nd个变流单元采用非直流电压控制。

所述方法可实现不同电压等级的直流负载和分布式直流电源的接入与电力交互，通过上述控制方法的选择与配合，还可实现不同直流端口之间的电力变换与交互、直流端口与交流端口之间的电力变换与交互，具体包括：

当一个及以上直流端口的任意组合成的第一部分直流端口A的输入功率都大于零或都小于零，且输入功率之和为P_A，余下部分的一个及以上的直流端口组合成的端口B的输入功率都小于零或都大于零，且输入功率之和为P_B，交流端口的输入有功功率为P_AC，忽略多端口变流装置损耗，则有P_A+P_B+P_AC＝0，且：

1)当P_A+P_B＝0，P_A>0时，则第一部分直流端口A向第二部分直流端口B的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B＝0，P_A<0,则第二部分直流端口B向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送。

2)当P_A+P_B>0，P_A>0，P_B<0时，则第一部分直流端口A向第二部分直流端口B和交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B>0，则第二部分直流端口B和交流端口向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

3)当P_A+P_B>0，P_A>0，P_B>0时，则第一部直流端口A和第二部分直流端口B向交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B<0时，则交流端口向第一部分直流端口A和第二部分直流端口B的电力变换与电力输送。

当包含n个变流单元的变流装置在单极直流系统中应用时(此时n不小于2)，如图1所示，其最多可引出n个可独立控制直流端口，且可独立控制直流端口数量不小于2。直流端口按电压从高到低引出排列，引出的直流端口为d₁-d_n+1，d₂-d_n+1，…，d_n-d_n+1，相应端口电压为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，且直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,n+1，i＝1，2，…，n。

此外，也要考虑运行动态带来的相互影响。如变流单元由定直流电压控制调整为定功率控制，则其直流输出电压可能会发生动态变化，进一步影响其它直流端口电压。

一般多端口交直流变流装置可含低压、中压、高压等不同电压等级的直流端口，而对于低压直流来说，若采用MMC技术，则可采用脉冲幅值和脉冲宽度综合调制的方法，减少谐波，提高电能质量，从而减少需要的电力电子模块串联数。如采用基于最近电平调制和脉冲宽度调制原理的混合调制技术等。

本发明所述的多端交直流混合输配系统，包括两个以上本发明的多端口交直流混合变流装置，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个直流端口分别连接相应电压等级的直流回路，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个第二交流端口分别连接相应电压等级的交流回路，形成多端交直流混合输配系统，实现多地、不同电压等级直流负载和多电压等级直流电源的接入、互联与互动；

对于具有n个直流端口的交直流混合变流装置，从公共端子引出的输配线路作为公共电位线路，则在多电压等级的直流输配电线路中，各电压等级输配电线路共用一条公共电位线路，能够减少多电压等级直流回路所需线路，降低输配电线路成本；若直流输配电线路具有中、低两个不同电压等级，则该输配电线路由三条输配导线组成，分别是低压导线、中压导线和公共电位或零电位导线，从而比常规的两电压等级、四条输配电导线布置节省一条输配电导线。

在一种可能实现的方案中，本发明的多端交直流混合输配系统还包括系统级控制单元，所述系统级控制单元用于控制各多端变流装置的协调配合运行，实现跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济，以及实现交直流输配网的稳定运行；其中，所述跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济包括：

通过不同电压等级直流回路实现的相同或不同电压等级的异地交流电路间灵活电力交换与互济；

相同或不同电压等级的异地直流回路之间灵活电力交换与互济；

异地交、直流间的灵活电力变换与互济。

下面通过实施例进一步说明本发明通过系统级控制单元在同一多端交直流混合系统的不同端口交直流变流装置进行协调配合控制。

可以通过多端口交直流变流装置可灵活实现本地交、直流的变换、调节与分配，多个(两个及以上)多端口交直流变流装置可组成多端交直流混合系统，实现异地间的交直流变换、调节与分配，也可实现异地多个交流电路之间的电力调节与分配。

各多端口交直流变流装置的直流端口可以根据需要选择连接直流回路的数量及电压等级，而其交流端口可以通过交流开关进行转换控制连接不同电压等级的本地交流电网，也可以连接单个确定电压等级的本地交流电网。可实现的异地交直流输配具体可包括：

1)异地间的灵活交流电力交换互济，如A地交流网与B、C等异地交流网之间的电力交换等，这不但提供交流网互联之外另一种电力交换方式，而且这种方式不影响短路电流，可对输送功率进行灵活控制调节等，具有交流互联不具备的独特优势。异地间的灵活交流电力变换及输配路径如下：

A地交流电网→A地多端口变流装置交流端口→A地多端口变流装置→A地多端口变流装置直流端口→B、C等地多端口变流装置直流端口→B、C等地多端口变流装置→B、C等地多端口变流装置交流端口→B、C等地交流电网。

2)异地间的灵活直流电力互济，如A地某一电压等级直流回路与B、C等异地相同或不同电压等级直流回路之间的电力交换，从而实现直流输配网的高可靠运行。异地间不同电压等级直流回路的的灵活直流电力变换及输配稍复杂一些，其电力变换及输配路径如下：

A、B等地直流回路→A、B等地多端口变流装置直流端口→C、D等地多端口变流装置直流端口→C、D等地多端口变流装置→C、D等地多端口变流装置的其它不同电压等级直流端口→其它不同电压等级直流端口对应直流回路。

3)异地交、直流间的灵活电力交换，如A地某一电压等级交流与B、C等异地某一电压等级或多个电压等级直流之间的电力交换，从而实现异地交、直流的电力互济，便于进行能源调配，并提高交、直流输配网的可靠性。这种情况的电力变换及输配路径如下：

A地交流电网→A地多端口变流装置交流端口→A地多端口变流装置→A地多端口变流装置直流端口(1个或多个)→直流回路(1个或多个)→B、C等地直流端口(1个或多个)。

另外，多端交直流混合输配系统需要各地变流装置的协调控制，交、直流电力交换与互济方式更加多样，控制更加复杂。但总体来说，系统级控制单元可与多端直流系统一样，采用多层级控制，包括系统控制，变流装置(或变流站)控制和变流单元控制。系统级控制主要控制各地变流装置的协调配合运行，实现跨不同区域的交、直流输配网稳定运行，实现不同区域的交、直流电力交换与互济；变流装置(或变流站)控制主要实现本地所控的交、直流回路稳定运行及本地电力交换，以及各变流单元的协同配合，变流单元控制实现变流单元的交、直流变换其交换功率控制。

对于引出了n个直流端口、包含L端(即L个交直流变流装置接入)的交直流混合输配系统，需要从系统层面对各变流装置的各直流端口进行调节控制。若所有变流装置共有NS个直流端口接入该直流输配系统，其中NU个直流端口采用直流电压控制，NV个直流端口采用非直流电压调节的其它控制，则可根据以下公式灵活分配各端口的控制。

对某直流端口采用直流电压控制的交直流变流装置可称为所连接直流回路的构网设备，一般该设备在相应端口应具有较大的额定功率及较广的功率调节范围，从而确保系统运行在安全稳定范围内。连接该直流回路的其它变流装置可在相应端口采用电流控制、功率控制等其它控制，一般在这种情况下该端口的直流电流或直流功率相对确定，其变化范围也相对较小。此外，也要根据系统的运行及可靠性要求、开关器件的开断容量、多绕组变压器容量、系统及设备成本等合理选择各直流回路的构网设备及各变流装置各端口的控制。

若采用基于本实施例的多端口变流单元的多端交直流混合系统，则可得如图10的系统拓扑结构。其中多端口变流装置主要包括两个变流单元及一个三绕组换流变压器，其中变流单元的电力电子器件串联数主要取决于最高直流端口电压±10kV、最高交流侧电压10kV及过电压倍数，因此其数量与目前工程用器件数量相当。与现有方案相比，使用本发明实施例中的系统结构上来说具有如下特点：

1、无需2MW的±10kV/±375V直流变压器及直流变压器±10kV直流侧的直流断路器，大大降低系统成本；

2、系统所需设备造价与目前直流工程用其它设备(不包括直流变压器及其直流侧断路器)造价相当。

可实现的系统功能包括：

1、通过多端交直流混合口变流装置及±10kV中压直流回路实现三地交流回路之间的电力交换与互济。

2、通过多端交直流混合口变流装置实现三地交流回路与±10kV中压直流回路之间的电力交换.

3、通过多端交直流混合口变流装置实现±10kV中压直流回路与±375V低压直流回路之间的电力交换.

4、通过多端交直流混合口变流装置及±375V低压直流回路实现三地交流回路之间一定程度的电力交换与互济。

5、通过多端交直流混合口变流装置实现三地交流回路与±375V低压直流回路之间的电力交换。

从上述分析可以看出，采用基于本发明实施例的交直流混合柔性配电系统，所需设备更少，成本更低，而能实现的功能更多，运行方式更加灵活多样。

如图11所示，变流单元若采用MMC结构，则得到由两个变流单元及三绕组变压器组成的单极结构多端口变流装置。该多端口变流装置包括2个直流端口，1个交流端口，因此由2个变流单元串联，并加上1个三绕组变压器组成。

可按照如下关系灵活选择各变流单元的控制方法。

各变流单元的直流电压为：

且有

通过上述关系灵活控制各变流单元的电流、电压及功率，从而实现交、直流的灵活电力变换、控制与输配。本变流装置单相串联的电力电子器件数量主要由10kV交流、20kV直流电压及其过电压倍数所决定，所用电力电子器件数量将大幅减少，区别在于750V低压变流单元所用的电力单子器件需要更大的电流额定，以取得2MW的低压直流容量。对此可采用多个两电平/三电平并联，而换流变压器容量及数量也与前述实例相当。

若采用伪双极直流系统结构，则该双直流端口单交流端口变流装置拓扑如图12所示，包括3个变流单元。各变流单元的直流电压为：

且有

此时该多端变流装置的三个变流单元直流额定电压分别为9.625kV，750V，9.625kV。每相电力电子器件串联数与图11的单极多端口变流装置一致，但要求多一个控制单元，以对三个变流单元进行分别控制。而多绕组变压器需要多一个交流绕组，上、下两个换流单元所接绕组匝数一致，且绕组电压为图11所示的第1变流单元所接绕组电压的一半。通过上述关系灵活控制各变流单元的电流、电压及功率，从而实现交、直流的灵活电力变换、控制与输配。若采用真双极结构，则对图11的单极变流装置结构在另一极进行复制即可，而每极的器件串联数减半。此时变流单元结构以中线为基准上下对称，变压器采用四绕组结构。

如图13所示，本发明所述多端变流装置还可用于储能、光伏等的其它中低压直流配电场景。其中V_dt,1为高一级电压的直流配电或直流设备，如750V-1500V直流等；V_dt,2为低一级电压的直流配电或直流设备，如48V-400V直流等。此外还可接入DC/DC谐振变流器、双有源桥变流器等高效率DC/DC变换器进行不同电压等级直流的电气隔离，如图14、图15所示。

从上述分析可以看出，采用本发明实施例的装置，系统拓扑结构上无需直流变压器，多端口变流装置所用电力电子器件数量与目前唐家湾工程换流器所用电力电子器件数量相当，而多端口变流装置所用多绕组变压器容量也与目前工程用换流变压器容量相当。总结起来，可以降低系统成本，且可具有更多交直流变换功能，可实现更灵活的运行方式。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

包括n个具有独立控制调节能力的变流单元和若干个多绕组变压器，n个变流单元在直流侧进行串联连接后引出n+1个直流端子，以某一个直流端子或直流侧电路的其它电位点作为公共端子，该公共端子与其余直流端子两两组合形成n个可独立调节控制的直流端口；所述多绕组变压器引出与各变流单元交流侧相连的n个第一交流端口及与交流电网相连的m个第二交流端口，其中m≥0，从而构成交直流混合多端口变流装置；

所述多绕组变压器是包含n个第一交流端口和m个第二交流端口的1个多绕组变压器，或者是由若干双绕组或多绕组变压器经过串、并联组合构成并引出n个所述第一交流端口和m个第二交流端口；所述多绕组变压器用作交、直流电气隔离的并网变压器，减少并网变压器的额外配备；

n个所述变流单元采用相同或不同的变流器拓扑结构，包括两电平电压源变流器、两电平以上的多电平电压源变流器、模块化多电平电压源变流器和桥式变流结构，n个所述变流单元根据需要选择电路拓扑及参数、电压和电流额定值，每个所述变流单元还采用多个桥式变流电路串、并联组成的多重化结构；

所述多绕组变压器和变流单元同为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构，且所述变流单元的交流端口和所述多绕组变压器的第一交流端口相应为单相结构或三相结构或单相和三相的混合结构；

当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元最低电位的直流端子作为公共端子，则构成正单极结构的多端口变流装置；当选择串联变流单元中间电位直流端子为公共端子，则构成真双极结构的多端口变流装置；当选择非直流端子的其它中间电位为公共端子，则形成伪双极结构的多端口变流装置；真双极结构多端口变流装置的正极和负极分别独立运行，分别按正单极和负单极结构进行设计与分析；伪双极结构多端口变流装置的正极和负极拓扑及参数对称，正、负极对称运行且不可独立运行，按正单极或负单极结构进行设计与分析，根据对称关系获得负单极或正单极结构的参数与变量；

当m≥1时，本多端口交直流混合变流装置同时实现了交流-直流变换和直流-直流变流功能；当m＝0时，本多端口交直流混合变流装置实现了两个以上直流端口的直流-直流变流功能。

2.如权利要求1所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

在n个所述变流单元直流侧的直流端口中，具有较高电压等级的直流端口的电压由具有较低电压等级的直流端口的电压和二者之间的变流单元的直流电压叠加而成，从而使得每个所述直流端口内的变流单元和电力电子器件能够在更高电压等级的直流端口中重复利用，显著减少所需电力电子数量，同时使不同直流端口之间形成直接电气耦合，并进一步具有直流-直流变流功能，且该直接直流-直流变流时电流流经的器件数量减少，提高直流-直流变流效率；

上述变流单元串联后引出的直流端子d₁，d₂，…，d_n，d_n+1，按电压从高到低引出排列，则有：V_d,1>V_d,2>V_d,3>…>V_d,n+1；公共端子为d_o，当公共端子为直流端子d_n+1，此时构成正单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，当公共端子为直流端子d₁，此时构成为负单极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₂-d_o，d₃-d_o，…，d_n+1-d_o，当公共端子为具有中间电压的直流端子，此时构成双极结构的多端口变流装置，直流端口则为d₁-d_o，d₂-d_o，…，d_n-d_o，d_n+1-d_o；

1)对于正单极结构，相应直流端口电压表示为V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n>0，且V_d,o＝V_d,n+1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,iI_du,i-V_dt,iI_du,i-1,i＝1,2,...,n,I_du,0＝0 (2)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (3)

从而有

且：

其中P_at为交流端口的输出功率；

2)对于负单极结构，相应直流端口电压表示为0>V_dt,1>V_dt,2>V_dt,3>…>V_dt,n，且V_d,o＝V_d,1，直流端口电压V_dt,i与直流端子电位V_d,i、公共端子电位V_d,o的关系为：V_dt,i＝V_d,i+1-V_d,o，i＝1，2，…，n，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i满足以下关系；

进一步则得到直流端口的输入功率为：

P_dt,i＝V_dt,iI_dt,i＝V_dt,i(I_du,i+1-I_du,i),i＝1,2,...,n,I_du,n+1＝0 (8)

变流单元的输入直流功率为：

P_u,i＝V_du,iI_du,i,i＝1,2,...,n, (9)

从而有

且：

3)对于真双极结构，所述变流单元输入直流电流I_du,i，变流单元直流电压V_du,i、直流端口输入电流I_dt,i、直流端口电压V_dt,i之间相互关系，在其正极和负极电路中分别如以上正单极和负单极所述；对于伪双极结构，其正极和负极对称，按上述正单极或负单极进行计算与分析，并按对称关系求得负极或正极相关变量。

3.如权利要求1所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

多端口交直流混合变流装置利用变流单元直流侧串联形成的直接电气耦合进行直流电力交互，利用变压器的交流电磁耦合进行交流电力交互，从而实现多端口间灵活的交直流电力交互与传输；

基于上述交、直流电力交互与传输方式，并结合变流单元的双向变流能力，实现交、直流端口间的交流-直流或直流-交流变换、直流-直流直接变换、直流-直流间接变换三种典型变流模式；并根据实际需要选择一种或多种典型变流模式的同时应用，形成多样化的多端口变流工作模式；

交流-直流变换或直流-交流变换：基于变流单元的直流-交流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从直流端口输入，经变流器和变压器从交流端口输出，形成直、交流端口间的直流-交流变换；或基于变流单元的交流-直流变换能力，并利用变压器绕组间的电磁耦合进行交流电力交互，使电能从交流端口输入，经变压器和变流器从直流端口输出，形成交、直流端口间的交流-直流变换；

直流-直流直接变换：使电能从一部分直流端口输入，利用变流单元直流侧串联形成的电气耦合进行直流电力的直接交互，并从另一部分直流端口输出，形成直流端口间的直流-直流直接变流；具体为：当以正单极结构的直流端口1、2进行直流-直流直接变换时，若0<I_du,1<I_du,2,则从直流端口1输入的部分电能将经过变流单元1直接输入直流端口2，形成直流端口1、2间的直流-直流直接变流，该直接变流功率P_DD1按照公式(13)计算得到；其它任意两个直流端口进行直流-直流直接变换，以相同方法形成该两个直流端口间的直流-直流直接变流和计算得到直接变流功率；

P_DD1＝V_dt,2(I_du,2-I_du,1)(13)

直流-直流间接变换：利用变流单元的直流-交流电力变换，变压器电磁耦合的交流交换能力，以及另一部分变流单元的交流-直流变换，使电能从一部分直流端口输入，经一部分变流单元、变压器及另一部分变流单元的电力变换与传输，并从另一部分直流端口输出；

具体来说，定义输入功率大于零的直流端口组合为E，输入功率小于零的直流端口组合为F；定义输入直流功率大于零的变流单元组合为G，输入直流功率小于零的变流单元组合为H，则直流端口组和E和F输入功率P_dt,E和P_dt,F、变流单元组合G和H的输入功率P_u,G和P_u,H为：

直流-直流变换功率P_DD1、直流-交流-直流变换功率P_DD2、直流-交流变换功率P_at为：

其中S_D为交流功率方向系数，当P_at大于零，S_D为1；当P_at小于零，S_D为-1；总的直流-直流变换功率P_DD为直流-直流直接变换功率P_DD1和直流-直流间接变换功率P_DD2之和。

4.如权利要求3所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

为实现上述交直流端口间多样化的变流工作模式，变流单元组合应在四象限范围内进行功率变换，四象限功率变换进一步分为六个运行区间，为便于说明，考虑上述变流单元组合E、F、G、H的功率方向可变，则：

运行区间1：0<P_u,G<P_uN,G，-P_u,G<P_u,H<0,此时P_at>0，G组变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口输入，并从交流端口和F组直流端口输出，其中下标N表示该变量的额定值，P_uN,G表示正向额定功率；

运行区间2：0<P_u,G<-P_u,H，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组的变流单元工作在逆变模式，H组的变流单元工作在整流模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变流模式，功率从E组直流端口和交流端口输入，从F组直流端口输出，其中-P_uN,H表示反向额定功率；

运行区间3：-P_uN,G<P_u,G<0，0＜P_u,H<-P_u,G，各功率方向与运行区间1相反，此时P_at<0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口和交流端口输入，从E组直流端口输出；

运行区间4：-P_u,H<P_u,G<0，0＜P_u,H<P_uN,H,各功率方向与运行区间2相反，此时P_at>0，G组变流单元工作在整流模式，H组变流单元工作在逆变模式；交直流多端口间同时存在直流-交流和直流-直流变换模式，功率从F组直流端口输入，从E组直流端口和交流端口输出；

运行区间5：0<P_u,G<P_uN,G，0<P_u,H<P_uN,H,此时P_at>0，G组、H组变流单元工作在逆变模式，输入直流电流大于零；交直流多端口间仅存在直流-交流变流模式，功率从E、F组直流端口输入，先后经变流单元、变压器从交流端口输出；

运行区间6：-P_uN,G<P_u,G<0，-P_uN,H＜P_u,H<0,此时P_at<0，G组及H组变流单元工作在整流模式；交直流多端口间仅存在交流-直流变流模式，功率从交流端口输入，并从E、F组直流端口输出；

此外，在上述六个运行区间之间还存在运行临界线，分别是P_u,G＝0、P_u,H＝0、P_u,G＝-P_u,H；当P_u,G＝0或P_u,H＝0，功率在直流端口和交流端口之间进行交互；P_u,G＝-P_u,H，功率在直流端口和直流端口之间进行交互；上述E、F、G、H组的组成单元在运行过程中会发生变化，再加上P_u,E、P_u,F、P_u,G和P_u,H在运行过程中的大小和方向发生改变，形成了丰富灵活的多样化运行模式。

5.如权利要求4所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

1)正单极结构

从式(4)推导获得公式(17)，

从式(17)推导获得公式(18)，

从而得到公式(19)；

按照公式(17)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式代入公式(17)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(18)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把下述直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(18)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得各变流单元的交流参考电流，之后按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

2)负单极结构

从式(10)推导获得公式(23)，

从式(17)推导获得公式(24)，

从而得到公式(25)；

按照公式(23)对n个变流单元的功率进行控制，完成对n个直流端口的功率控制，确定交流端口的输送功率；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的功率进行控制，则把直流端口k的功率以其它端口的功率计算式表示，或者将直流端口k的功率计算式(21)代入公式(23)进行计算获得各变流单元的参考功率，并按此参考功率对n个变流单元进行控制；

相应地，按照公式(24)对n个变流单元的电流进行控制，完成对n个直流端口的电流控制，确定交流端口的功率和电流；若需要对直流端口k之外的n-1个直流端口和交流端口的电流进行控制，则把直流端口k的直流电流计算式(21)代入公式(24)进行计算获得各变流单元的直流参考电流，或者根据功率平衡原则从直流参考电流进一步计算获得交流参考电流，并按此直流参考电流或交流参考电流对n个变流单元进行控制；

此外，真双极结构的正极和负极部分分别按上述正单极和负单极进行控制，伪双极结构的正极或负极部分按上述正单极或负单极进行控制，并根据对称关系获得负极或正极的功率或电流控制所需参考变量；按照上述交直流端口的功率或电流控制方式，确定各变流单元的变换功率，从而确定满足交直流端口功率交互需求的多端口间变流模式；基于以上交直流端口的电流控制或功率控制，加上现有典型外环控制模块，实现直流端口电压、交流端口电压、Droop控制等多样化控制模式。

6.如权利要求1-5中任一所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：

每个所述变流单元分别连接有控制单元，所述控制单元用于对变流单元的直流侧和/或交流侧的电压、电流、功率进行控制调节，从而直接或间接对本多端口交直流混合变流装置的直流端口和/或交流端口的电压、电流、功率进行控制调节；而且由于变流单元控制要考虑通过串联连接的其它变流单元直流电流流过的影响，所述控制单元按上述所有公式进行设定，并在此基础上完成所需的电压、电流或功率控制：

或者，n个所述变流单元连接有装置级总控制单元，所述装置级总控制单元用于协调控制所有变流单元的输入输出及总功率，从而实现对本多端口交直流混合变流装置的交、直流端口灵活电力变换、控制与稳定运行；

所述控制单元或装置级总控制单元在对变流单元进行控制时，应满足以下公式：

式中，nt表示变流装置中有nt个直流端口，na表示nt个直流端口中有na个直流端口的电压控制由所连接直流回路的其它设备完成，nb表示有nb个直流端口由本多端口交直流混合变流装置完成直流电压控制，nc表示有nc个没有直接引出直流端口的变流单元采用直流电压控制，nd表示有nd个变流单元采用非直流电压控制。

7.如权利要求6所述的多端口交直流混合变流装置，其特征在于：所述多端口交直流混合变流装置实现了不同电压等级的直流负载和分布式直流电源的接入与电力交互，通过对控制方法的选择与配合，还实现了不同直流端口之间的电力变换与交互、直流端口与交流端口之间的电力变换与交互，具体包括：

当任意组合成第一部分直流端口A的一个以上所述直流端口的输入功率均大于零或小于零，且输入功率之和为P_A，组合成的第二部分直流端口B的余下一个以上所述直流端口的输入功率均小于零或大于零，且输入功率之和为P_B，所述交流端口的输入有功功率为P_AC，忽略本多端口交直流混合变流装置损耗，则有：当m＝0，P_A+P_B＝0；当m≥1，P_A+P_B+P_AC＝0，且：

当m≥0时，若P_A+P_B＝0，P_A>0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B＝0，P_A<0,则为第二部分直流端口B向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B<0，则为第一部分直流端口A向第二部分直流端口B和交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B>0，则为第二部分直流端口B和交流端口向第一部分直流端口A的电力变换与电力输送；

当m≥1时，若P_A+P_B>0，P_A>0，P_B>0，则为第一部直流端口A和第二部分直流端口B向交流端口的电力变换与电力输送；反之，若P_A+P_B<0，P_A<0，P_B<0时，则为交流端口向第一部分直流端口A和第二部分直流端口B的电力变换与电力输送。

8.一种多端交直流混合输配系统，其特征在于：包括两个以上权利要求1-7任一项所述的多端口交直流混合变流装置，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个直流端口分别连接相应电压等级的直流回路，两个以上所述多端口交直流混合变流装置的一个或多个第二交流端口分别连接相应电压等级的交流回路，形成多端交直流混合输配系统，实现多地、不同电压等级直流负载和多电压等级直流电源的接入、互联与互动；

对于具有n个直流端口的交直流混合变流装置，从公共端子引出的输配线路作为公共电位线路，则在多电压等级的直流输配电线路中，各电压等级输配电线路共用一条公共电位线路；若直流输配电线路具有中、低两个不同电压等级，则该输配电线路由三条输配导线组成，分别是低压导线、中压导线和公共电位或零电位导线。

9.如权利要求8所述的多端交直流混合输配系统，其特征在于：还包括系统级控制单元，所述系统级控制单元用于控制各多端变流装置的协调配合运行，实现跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济，以及实现交直流输配网的稳定运行；其中，所述跨不同区域的交、直流灵活电力变换与互济包括：

通过不同电压等级直流回路实现的相同或不同电压等级的异地交流电路间灵活电力交换与互济；

相同或不同电压等级的异地直流回路之间灵活电力交换与互济；

异地交、直流间的灵活电力变换与互济。