WO2022110118A1 - 模块化多电平变换器及其控制方法、不间断电源 - Google Patents

模块化多电平变换器及其控制方法、不间断电源 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种模块化多电平变换器，该MMC中包括输入变换模块、输出变换模块、公共变换模块和公共桥臂，输入变换模块的一端连接Vin，输入变换模块的另一端通过公共桥臂连接公共变换模块，公共变换模块连接Vin和Vout，输出变换模块的一端通过公共桥臂连接公共变换模块，输出变换模块的另一端连接Vout。输入变换模块和输出变换模块共用一个母线电容，公共变换模块包括串联的至少一个多电平单元，一个多电平单元中包括一个母线电容，MMC中的平衡电路模块中包括一端并联的多个DC/DC变换器，一个DC/DC变换器与MMC中的一个母线电容并联。采用本申请，可提高MMC的输出电压的合理性，增强MMC的电路稳定性。

Description

模块化多电平变换器及其控制方法、不间断电源 技术领域
本申请涉及电子电力领域，尤其涉及一种模块化多电平变换器及其控制方法、不间断电源。
背景技术
不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)是在市电停电时接替市电持续供应电力的设备。UPS中含有储能模块，在市电异常或者市电中断时继续供应电力，保证用户用电的安全性和可靠性，可避免因市电异常给用户带来的损失。模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)作为UPS中的交流/直流变换和直流/交流变换的功率变换单元。MMC拓扑采用级联式、模块化构造，无需功率器件直接串联便可得到多电平的阶梯电压，具有较低的dU/dt和较低的电压谐波含量，在中/高压大容量系统中具有广阔的应用前景。
本申请的发明人在研究和实践过程中发现，如图1，MMC中包括输入变换模块、输出变换模块和公共变换模块，其中，输入变换模块和公共变换模块构成MMC的整流回路，输出变换模块和公共变换模块构成MMC的逆变回路，整流回路和逆变回路的工频电流在公共变换模块处抵消，通过变换模块的共用，减少了MMC的电路结构体积，降低MMC的电路结构的器件功耗。然而，在图1所示的MMC的电路结构中，输入变换模块和公共变换模块仅是简单串联构成整流回路，输出变换模块和公共变换模块也仅是简单串联构成逆变回路，无法保障MMC中各个变换模块的输出电压的稳定性，使得MMC的输出电压不稳定，适用性低。
发明内容
本申请提供了一种模块化多电平变换器及其控制方法、不间断电源，可平衡模块化多电平变换器中各个变换模块的电压，提高模块化多电平变换器的输出电压的合理性和稳定性，增强模块化多电平变换器的电路稳定性，适用性高。
第一方面，本申请提供了一种模块化多电平变换器，该模块化多电平变换器MMC中包括输入变换模块、输出变换模块、公共变换模块和公共桥臂。其中，输入变换模块的第一输入/输出端连接MMC的电压输入端Vin的第一输入/输出端，输入变换模块的第二输入/输出端通过公共桥臂的输入/输出端连接公共变换模块的第一输入/输出端。公共变换模块的第二输入/输出端连接Vin的第二输入/输出端和MMC的电压输出端Vout的第一输入/输出端。输出变换模块的第一输入/输出端通过公共桥臂的输入/输出端连接公共变换模块的第一输入/输出端，输出变换模块的第二输入/输出端连接Vout的第二输入/输出端。在本申请中，输入变换模块、公共桥臂和公共变换模块组成MMC的整流回路(即输入回路)，输入变换模块用于调节整流回路的输出电压的电压变化量，公共变换模块用于在整流回路中调节整流回路的输出电压的起点电压量。输出变换模块、公共桥臂和公共变换模块组成MMC的逆变回路(即输出回路)，输出变换模块用于调节逆变回路的输出电压的电压变化量，公 共变换模块用于在逆变回路中调节逆变回路的输出电压的起点电压量。在本申请中,MMC的整流回路和逆变回路通过公共变换模块和公共桥臂等器件的共用，减少了MMC电路结构中的电路器件的数量，进而可减少了MMC电路结构的体积，降低MMC电路结构的器件功耗，增强了MMC的适用性。在本申请提供的MMC中，输入变换模块和输出变换模块共用一个母线电容，上述公共变换模块中包括串联的至少一个多电平单元，一个多电平单元中包括一个母线电容。在本申请提供的MMC中还包括平衡电路模块，平衡电路模块中包括多个直流DC/DC变换器，上述多个DC/DC变换器的一端并联，上述多个DC/DC变换器中一个DC/DC变换器的另一端与MMC中的一个母线电容并联。在本申请中，上述平衡电路模块用于通过各母线电容连接的DC/DC变换器调整各母线电容的两端电压至目标电压，可保证各母线电容的输出电压的平衡的同时，可保证MMC的输出电压的合理性和稳定性，操作灵活，适用性更高。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述平衡电路模块中一个DC/DC变换器通过一个升压单元与MMC中的一个母线电容并联。上述升压单元中包括第一开关管、第二开关管和电感，第一开关管和第二开关管串联后并联于母线电容的两端，第一开关管和第二开关管的串联连接点通过电感连接上述DC/DC变换器。在本申请中，平衡电路模块中各个DC/DC变换器通过升压单元可更好地调节MMC中母线电容的两端电压，结构简单，适用性高。
结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，上述平衡电路中还包括电池单元，上述多个DC/DC变换器的一端并联于上述电池单元两端。
结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，上述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器，上述双向DC/AC变换器的电路拓扑为隔离型电路拓扑。
在本申请中，平衡电路模块中各个DC/DC变换器基于各母线电容的两端电压为电池单元充电，也可通过电池单元为各母线电容充电，可更好地调节MMC中母线电容的两端电压，结构简单，适用性高。
结合第一方面至第一方面第三种可能的实施方式中任一种，在第四种可能的实施方式中，上述MMC中还包括开关装置，上述输入变换模块的第一输入/输出端通过上述开关装置连接上述Vin的第一输入/输出端。在本申请中，开关装置可用于Vin的输入电压突变或者输入异常时，保证MMC中电流的单相流动，保证MMC的电路稳定性，可提高MMC的适用性。
结合第一方面至第一方面第四种可能的实施方式中任一种，在第五种可能的实施方式中，上述MMC中包括功率开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6和母线电容C，其中T1、T2和母线电容C组成输入变换模块，T5、T6和母线电容C组成输出变换模块，T3和T4组成公共桥臂。T1的第一连接端与T2的第二连接端连接且连接端作为输入变换模块的第一输入/输出端，T3的第一连接端与T4的第二连接端连接且连接端作为公共桥臂的输入/输出端，T5的第一连接端和T6的第二连接端连接且连接端作为输出变换模块的第二输入/输出端，T1的第二连接端与母线电容C的正极、T3的第二连接端、T5的第二连接端相连，T2的第一连接端与C的负极、T4的第一连接端、T6的第二连接端相连。在本申请中，输入变换模块和输出变换模块均为半桥模块，输入变换模块和输出变换模块通过公共桥臂T3和T4的共用，可减少MMC的电路结构中电路器件的数量，操作简单，适用性高。
结合第一方面至第一方面第四种可能的实施方式中任一种，在第六种可能的实施方式中，上述多电平单元为全桥模块，上述全桥模块中包括功率开关管T1’、T2’、T3’和T4’，以及母线电容C’。其中，T1’的第一连接端与T2’的第二连接端连接且连接端作为全桥模块的第一输入/输出端，T3’的第一连接端与T4’的第二连接端连接且连接端作为全桥模块的第二输入/输出端，T1’的第二连接端与C’正极、T3’的第二连接端相连，T2’的第一连接端与C’的负极、T4’的第一连接端相连。在本申请中，若T1’、T2’、T3’和T4’为绝缘栅双极型晶体管IGBT，则T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的发射极，T1’、T2’、T3’和T4’的第二连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的集电极。若T1’、T2’、T3’和T4’为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，则T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的源极，T1’、T2’、T3’和T4’的第二连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的漏极。即，T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端和第二连接端可根据具体器件类型确定。在本申请中各功能模块(包括输入变换模块、输出变换模块和公共变换模块)中的各个功率开关管的第一连接端和第二连接端也可根据功率开关管的器件类型确定。在本申请中，通过全桥模块可提高各多电平单元中母线电容的控制灵活性，操作简单，适用性高。
第二方面，本申请提供了一种模块化多电平变换器的控制方法，该方法适用于上述第一方面至第一方面第六种可能的实施方式中任一种提供的模块化多电平变换器MMC。在该方法中，可检测上述MMC中各母线电容的两端电压；根据上述各母线电容的两端电压和上述各母线电容的目标电压，控制上述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过上述各母线电容所连接的DC/DC调整上述各母线电容的两端电压至目标电压。在本申请中，通过控制可各母线电容所连接的DC/DC中各开关管的导通或者关断，可调整MMC中各母线电容的两端电压，可保证各母线电容的输出电压的平衡的同时，可保证MMC的输出电压的合理性和稳定性，操作灵活，适用性更高。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，上述根据上述各母线电容的两端电压和上述各母线电容的目标电压，控制上述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断包括：
当上述MMC中任一母线电容的两端电压小于上述任一母线电容的目标电压，且上述MMC中除上述任一母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压大于上述其他母线电容的目标电压时，控制上述任一母线电容和上述其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过上述其他母线电容为上述任一母线电容充电；
当上述MMC中任一母线电容的两端电压大于上述任一母线电容的目标电压，且上述MMC中除上述任一母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压小于上述其他母线电容的目标电压时，控制上述任一母线电容和上述其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使上述任一母线电容向上述其他母线电容放电。
在本申请中，通过MMC中各母线电容所连接的DC/DC变换器可实现各母线电容的两端电压的互补，可实现MMC中各母线电容的两端电压的平衡，操作简单，适用性高。
结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，上述MMC变换器的平衡电路中包括电池单元，上述多个DC/DC变换器的一端并联于上述电池单元两端；
上述根据上述各母线电容的两端电压和上述各母线电容的目标电压，控制上述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断包括：
当上述MMC中任一母线电容的两端电压小于上述任一母线电容的目标电压时，控制上述任一母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过上述电池单元为上述任一母线电容充电；
当上述MMC中任一母线电容的两端电压大于上述任一母线电容的目标电压时，控制上述任一母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使上述任一母线电容向上述电池单元放电。
在本申请中，通过MMC中各母线电容所连接的各个DC/DC变换器，可基于各母线电容的两端电压为电池单元充电，也可通过电池单元为各母线电容充电，可更好地调节MMC中母线电容的两端电压，结构简单，适用性高。
结合第二方面至第二方面第二种可能的实施方式中任一种，在第三种可能的实施方式中，上述输入变换模块和上述输出变换模块共用第一母线电容，在接入上述公共变换模块中任一多电平单元的任一母线电容之前，上述方法还包括：
检测上述第一母线电容和上述多电平单元中各母线电容的两端电压；
在上述Vin的输入电压和上述Vout的输出电压大于或者等于上述公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入上述任一母线电容；
其中，上述公共变换模块中母线电容两端电压之和为上述公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和上述任一母线电容的两端电压的和。
在本申请中，在接入MMC的公共变换模块中任一母线电容时，可基于MMC的输入电压和输出电压，以及MMC中已接入的各母线电容的两端电压来控制接入该母线电容的时机，可避免MMC中输入回路的电流反灌市电，同时可保障MMC的输出电压的合理性，防止输入电压突变，提高MMC的电路稳定性，适用性高。
第三方面，本申请提供了一种模块化多电平变换器的控制方法，该方法适用于模块化多电平变换器MMC。该MMC中包括输入变换模块、输出变换模块、公共变换模块和公共桥臂。其中，输入变换模块的第一输入/输出端连接MMC的电压输入端Vin的第一输入/输出端，输入变换模块的第二输入/输出端通过公共桥臂的输入/输出端连接公共变换模块的第一输入/输出端。公共变换模块的第二输入/输出端连接Vin的第二输入/输出端和MMC的电压输出端Vout的第一输入/输出端。输出变换模块的第一输入/输出端通过公共桥臂的输入/输出端连接公共变换模块的第一输入/输出端，输出变换模块的第二输入/输出端连接Vout的第二输入/输出端。在该MMC中，输入变换模块和输出变换模块共用第一母线电容，公共变换模块包括串联的至少一个多电平单元，一个多电平单元中包括一个母线电容。在该方法中，可首先接入第一母线电容，并旁路上述公共变换模块中各多电平单元的母线电容。在接入公共变换模块中任一多电平单元的任一母线电容之前，可检测上述第一母线电容和上述公共变换模块中各母线电容的两端电压，在上述Vin的输入电压和上述Vout的输出电压大于或者等于上述公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入上述任一母线电容。其中，上述公共变换模块中母线电容两端电压之和为上述公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和上述任一母线电容的两端电压的和。
在本申请中，在接入MMC的公共变换模块中任一母线电容时，可基于MMC的输入电压和输出电压，以及MMC中已接入的各母线电容的两端电压来控制接入该母线电容的时机，可避免MMC中输入回路的电流反光市电，同时可保障MMC的输出电压的合理性，防止输入电压突变，提高MMC的电路稳定性，适用性高。
第四方面，本申请提供了一种不间断电源，该不间断电源UPS中包括：电池、静态转换开关STS和上述第一方面至第一方面第六种可能的实施方式中任一种提供的MMC。上述电池用于在上述UPS的主路输入端Vin输入异常时为上述MMC提供输入，并通过上述MMC输出给负载供电；上述STS用于在上述MMC输出异常时为上述UPS提供备用电源通道。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述MMC的平衡电路中的电池单元与上述电池串联。
在本申请中，通过MMC中的平衡电路模块可平衡MMC中可母线电容的两端电压，可提高UPS的电路稳定性，增强UPS的适用性。同时，在本申请中，通过平衡电路中各个母线电容还可为UPS中的电池充电，无需充电器，可减少UPS的电路器件，适用性更强。
附图说明
图1是MMC的一结构示意图；
图2是本申请实施例提供的UPS的系统结构示意图；
图3是本申请实施例提供的MMC的一结构示意图；
图4是全桥模块的一结构示意图；
图5是全桥模块的另一结构示意图；
图6是本申请实施例提供的MMC的输出电压示意图；
图7是本申请实施例提供的MMC的另一结构示意图；
图8是本申请实施例提供的平衡电路模块的一结构示意图；
图9是本申请实施例提供的DC/DC变换器的结构示意图；
图10是本申请实施例提供的平衡电路的另一结构示意图。
具体实施方式
本申请提供的模块化多电平变换器及其控制方法适用于UPS，本申请提供的MMC可为UPS中的交流/直流变换和直流/交流变换的功率变换单元，即本申请提供的MMC可为UPS中的一个功能模块。参见图2，图2是本申请实施例提供的UPS的系统结构示意图。本申请提供的UPS通常由电池、静态转换开关(static transfer switch，STS)和MMC等部分组成。其中，MMC由整流变换单元、逆变变换单元和平衡电路单元组成。其中，平衡电路单元的数量可由整流变换单元和逆变变换单元共用的母线电容的数量确定，为方便描述可以平衡电路单元1、平衡电路单元2、……、平衡电路单元N为例进行示例说明，其中，N为大于或者等于2的整数。在图2所示的UPS中，电池用于在UPS系统的主路输入端(即Vin)输入异常时为MMC提供输入，并通过MMC输出给负载供电。STS用于在MMC输出异常时为UPS提供备用电源通道，为负载供电。其中，上述整流变换单元由本申请实施例提供的MMC中的整流回路中包含的各个模块组成，上述逆变变换单元由本申请实施例提供的MMC 的逆变回路中包含的各个模块组成，上述N个平衡电路单元可组成MMC中的平衡电路模块。下面将结合图3至图10对本申请提供的MMC及其控制方法进行示例说明。
参见图3，图3是本申请实施例提供的MMC的一结构示意图。本申请实施例提供的MMC中可包括输入变换模块1、输出变换模块2和公共变换模块3，以及所述输入变换模块和所述输出变换模块共用的公共桥臂4。其中，输入变换模块1的第一输入/输出端11连接MMC的电压输入端Vin的第一输入/输出端，输入变换模块1的第二输入/输出端通过公共桥臂4的输入/输出端12连接公共变换模块3的第一输入/输出端31。公共变换模块3的第二输入/输出端32连接Vin的第二输入/输出端和MMC的电压输出端Vout的第一输入/输出端。输出变换模块2的第一输入/输出端通过公共桥臂4的输入/输出端12连接公共变换模块3的第一输入/输出端31，换句话说，输入变换模块1的第一输入/输出端和输出变换模块2共用公共桥臂4并通过公共桥臂连接公共变换模块3，输出变换模块2的第二输入/输出端21连接Vout的第二输入/输出端。这里，Vin为阶梯状正弦波电压输入，当Vin为正半周输入时，Vin的第一输入/输出端为输出端，第二输入/输出端为输入端；各个变换模块的第一输入/输出端为输入端，第二输入/输出端为输出端；Vout的第一输入/输出端为输入端，Vout的第二输入/输出端为输出端。当Vin为负半周输入时，Vin的第一输入/输出端为输入端，第二输入/输出端为输出端；各个变换模块的第一输入/输出端为输出端，第二输入/输出端为输入端；Vout的第一输入/输出端为输出端，Vout的第二输入/输出端为输入端，下面不再赘述。为方便描述，下面将以Vin为正半周输入为例进行示例说明。
在一些可行的实施方式中，输入变换模块1、公共桥臂4和公共变换模块3组成MMC的整流回路(即输入回路)，输入变换模块1用于调节整流回路的输出电压的电压变化量，公共变换模块3用于在整流回路中调节整流回路的输出电压的起点电压量。输出变换模块2、公共桥臂4和公共变换模块3组成MMC的逆变回路(即输出回路)，输出变换模块2用于调节逆变回路的输出电压的电压变化量，公共变换模块3用于在逆变回路中调节逆变回路的输出电压的起点电压量。换句话说，本申请实施例提供的MMC的整流回路包含输入变换模块1、公共桥臂4和公共变换模块3，其中，公共变换模块3和公共桥臂4均为整流回路与逆变回路共用的公共桥臂。输入变换模块1用于调节整流回路的输出电压的电压变化量，公共变换模块3用于调节整流回路的输出电压的起点电压量。公共变换模块3通过功率开关管的开关控制接入整流回路/逆变回路。公共变换模块3接入整流回路时，输入变换模块1分担整流回路的一部分电压，公共变换模块3分担整流回路的另一部分电压。在整流回路中，电流走向为顺时针方向，由Vin流向输入变换模块1，再由输入变换模块1流向公共变换模块3，最后返回Vin。逆变回路中包含输出变换模块2和公共变换模块3，其中，公共变换模块3为逆变回路与整流回路共用的公共桥臂。输出变换模块2用于调节逆变回路的输出电压的电压变化量，公共变换模块3用于调节逆变回路的输出电压的起点电压量。公共变换模块3接入逆变回路时，输出变换模块2分担逆变回路的一部分电压，公共变换模块3分担逆变回路的另一部分电压。在逆变回路中，电流走向为逆时针方向，输出电流由公共变换模块3流向输出变换模块2。
在本申请实施例提供的MMC电流中，公共变换模块3为整流回路和逆变回路的公共桥臂，整流回路的电流在公共变换模块3中顺时针流动，逆变回路的电流在公共变换模块3 中逆时针流动，公共变换模块3上的电流方向相反，进而相互抵消以减小公共变换模块3上的电流，使得公共变换模块3上的功耗降低，甚至降低至功耗可忽略不计，从而降低了MMC的消耗。此外，本申请实施例将输入回路(即整流回路)中除了输入变换模块之外的其他变换模块，与输出回路(即逆变回路)中的除了输出变换模块之外的其他变换模块整合为公共变换模块，使得MMC电路结构中器件的数量为一个输入变换模块、一个输出变换模块和公共变换模块。通过变换模块的共用，减少了MMC电路结构中的变换模块的数量，进而减少了MMC电路结构的体积，降低MMC电路结构的器件功耗，增强了MMC的适用性。
在一些可行的实施方式中，如图3所示，MMC中包括功率开关管T1、T2、T3、T4、T5和T6，以及输入变换模块1和输出变换模块2共用的母线电容C，其中输入变换模块1为由T1、T2和母线电容C组成的半桥模块，输出变换模块2为由T5、T6和母线电容C组成的半桥模块，T3和T4组成公共桥臂4。其中，T1的第一连接端与T2的第二连接端连接且连接端(如图3中11)作为输入变换模块的第一输入/输出端，T1的第二连接端和T2的第一连接端作为输入变换模块的第二输入/输出端。T5的第一连接端和T6的第二连接端连接且连接端(如图3中21)作为输出变换模块2的第二输入/输出端，T5的第二连接端和T6的第一连接端作为输出变换模块2的第一输入/输出端。T3的第一连接端与T4的第二连接端连接且连接端(如图3中的12)作为公共桥臂4的输入/输出端(或称公共桥臂的第一输入/输出端)，T3的第二连接端与T1的第二连接端、母线电容C的正极、T5的第二连接端相连并且连接端作为母线电容C的输出端，T4的第一连接端与T2的第一连接端、C的负极、T6的第二连接端相连并且连接端作为C的输入端。换句话说，输入变换模块1和输出变换模块3可共用一组公共桥臂(即公共桥臂4)，该公共桥臂的上桥臂(即T3)和下桥臂(T4)的串联连接点(如图3中的12)可作为该公共桥臂的输入/输出端，输入变换模块1和输出变换模块3还可共用一个母线电容(如母线电容C，为方便描述可以以第一母线电容为例进行说明)，该母线电容C可作为输入变换模块1的储能滤波单元和输出变换模块2的储能滤波单元。母线电容C接入MMC电路时，母线电容C的两端电压可用BUS1表示。
在一些可行的实施方式中，如图3所示，在MMC中，公共变换模块3包括串联的至少一个多电平单元(比如M个多电平单元)，换句话说，公共变换模块3可由一个或者多个多电平单元串联组成。假设MMC的输入回路包含的变换模块为N(N为大于或者等于2的整数)个，则可将输入回路包含的N个模块中除了输入变换模块1之外的(N-1)个模块合并为公共变换模块3，即M＝N-1。此时，公共变换模块3包含M个多电平单元，使得MMC电路结构中器件的数量为一个输入变换模块、一个输出变换模块、一个公共桥臂和公共变换模块的M个多电平单元。若N为2，即M等于1，则上述公共变换模块3为一个变换模块。若N大于2，即M大于1，则上述公共变换模块3中包含的M个多电平单元通过串联连接。其中，串联的多个多电平单元中第一个多电平单元的第一输入/输出端作为公共变换模块3的第一输入/输出端31，第一个多电平单元的第二输入/输出端连接下一级多电平单元的第一输入/输出端，最后一个多电平单元的第二输入/输出端作为公共变换模块3的第二输入/输出端32。如图3所示，公共变换模块中一个多电平单元(如公共变换模块3中第一个多电平单元，为方便描述可以多电平单元1为例进行说明)中可包括功率开关管T1’、T2’、T3’和T4’，以及母线电容C’(如多电平单元1中的母线电容C1’)。其中，T1’的第一连接端与T2’的第二连接端连接且连接端(如 31)作为多电平单元1的第一输入/输出端，T3’的第一连接端与T4’的第二连接端连接且连接端作为多电平单元1的第二输入/输出端，T1’的第二连接端与C’正极、T3’的第二连接端相连并且连接端作为C’的输出端，T2’的第一连接端与C’的负极、T4’的第一连接端相连并且连接端作为C’的输入端。
换句话说，在本申请实施例中，在图3所示的公共变换模块3中的各多电平单元均为全桥模块。为方便理解，下面将结合图4对全桥模块的结构进行示例说明。参见图4，图4是全桥模块的一结构示意图。全桥子模块由4个功率开关管T1’、T2’、T3’和T4’，以及电容C’组成。通过控制T1’、T2’、T3’和T4’的导通或者关断，实现对电容C’的充电和放电。如图5，图5是全桥模块的另一结构示意图。全桥模块也可以由4个带反并联二极管的功率开关管T1’、T2’、T3’和T4’，以及电容C’组成。T1’的第一连接端(如发射极)与T2’的第二连接端(如集电极)相连并且连接端作为全桥模块的第一输入/输出端Vi1’，T3’的第一连接端与T4’的第二连接端连接并且连接端作为全桥模块的第二输入/输出端Vi2’，T1’的第二连接端与C’正极、T3’的第二连接端相连并且连接端作为全桥模块的储能滤波单元输出端，T2’的第一连接端与C’的负极、T4’的第一连接端相连并且连接端作为全桥子模块的储能滤波单元输入端。即，全桥子模块中包含储能滤波单元，该储能滤波单元为电容C’，电容C’的正极为储能滤波单元输出端，电容C’负极为储能滤波单元输入端。
其中，若T1’、T2’、T3’和T4’为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)，则T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的发射极，T1’、T2’、T3’和T4’的第二连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的集电极。若T1’、T2’、T3’和T4’为金属氧化物半导体场效应晶体管(metallic oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET)，则T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的源极，T1’、T2’、T3’和T4’的第二连接端可为T1’、T2’、T3’和T4’的漏极。即，T1’、T2’、T3’和T4’的第一连接端和第二连接端可根据具体器件类型确定，在此不做限制。本申请实施例中描述的各功能模块(包括输入变换模块1、输出变换模块2和公共变换模块3)中的各个功率开关管的第一连接端和第二连接端也可根据功率开关管的器件类型确定，下面不再赘述。
下面将结合图3至图10对本申请实施例提供的MMC的工作原理及其控制方法进行示例说明。
在一些可行的实施方式中，MMC的输入电压为一个阶梯状正弦波形电压，下面将以正弦波形电压的正半周电压为例进行说明，以N＝6为例进行说明。MMC的输入回路由输入变换模块1、公共桥臂4和公共变换模块3组成，输出回路由输出变换模块2、公共桥臂4和公共变换模块3组成。在输入回路中，输入变换模块1和公共变换模块2承担不同的作用。同理，在输出回路中，输出变换模块2和公共变换模块3承担不同的作用。在图3所示的MMC中，公共桥臂4中T3和T4为交替导通开关，其中，当Vin为正半周电压输入时，T4闭合、T3关断，当Vin为负半周电压输入时，T3闭合、T4关断。为方便描述，下面将以Vin为正半周电压输入时，T4闭合、T3关断为例进行说明。
下面输入变换模块或者输出变换模块均以“变换模块”为例，公共变换模块将以“公 共模块”为例进行说明。
变换模块:通过高频开关变化产生高频变化量，通过控制占空比的大小调节输入电压变化量或者输出电压变化量。当T2和T4闭合，或者T6和T4闭合时，输入电压或者输出电压的变化量最小(为零),当T1和T4闭合，或者T5和T4闭合时，输入电压或者输出电压的变化量最大。当T1和T4闭合，或者T5和T4闭合时，输入电压和输出电压的变化量为母线电容C的两端电压的变化量，输入电压或者输出电压的最大变化量则为C的两端电压。其中，C的两端电压可表示为BUS1。
公共模块:通过低频开关变化决定输入/输出电压的工作区间范围,调节输入/输出电压的起点电压量。其中，输入/输出电压的起点电压量最小为零,最大为公共模块中各母线电容的两端电压之和。
输入/输出回路的输出电压＝起点电压(公共模块决定)+电压变化量(变换模块决定)。
参见图6，图6是本申请实施例提供的MMC的输出电压示意图。如图6所示，假设整个正半周电压被分成6个区间(I～VI)，公共模块决定电路(即MMC的电路)工作在I～IV六个区间其中一个区间，变换模块则决定在该区间内的高频变化量。其中，公共模块包含N-1个多电平单元，N-1个多电平单元中接入输入回路或者输出回路中的多电平单元(即多电平单元的母线电容接入)的数量决定了电路工作在I～IV六个区间其中一个区间。
以区间I和区间VI为例说明如下:
工作区间I：通过公共模块开关控制，无公共桥臂接入电路(即公共模块的所有多电平单元都没接入电路，此时公共模块的所有多电平单元的母线电容均为旁路状态)，即电路输出起点为零，整个电路输出电压由变换模块决定。此时整个电路的输出电压的范围为0～BUS1,由于区间I的电压值最小，BUS1可以满足输出电压。
工作区间VI：通过公共模块开关控制，所有公共桥臂(即公共模块的所有多电平单元)都被接入电路，即电路输出起点为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6，在此基础上叠加变换模块的0～BUS1。即整个电路输出电压由公共模块和变换模块共同决定，此时电路输出范围为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6。由于区间IV的电压值最大，BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6可以满足输出电压。
II～V工作原理相同，总结如下:
工作区间I：电路输出起点为0，输出电压范围为0～BUS1。其中母线电容C接入之前，电路的输出电压为0，母线电容C接入时，输出电压为BUS1(即母线电容C的两端电压)。此时，MMC的输出电压范围可表示为0～BUS1。
工作区间II：电路输出起点为BUS2，输出电压范围为BUS2～BUS1+BUS2。其中，当母线电容C的工频开关管(T5)关断、公共模块的第一个多电平单元的母线电容(比如C1’，为方便描述，下面将以Ci’表示公共模块中的第i个多电平单元的母线电容，BUSi表示Ci’的两端电压为例进行说明，i小于或者等于M)的工频开关管(T1’和T4’)导通时，MMC的输出电压为BUS2。当C的工频开关管(T5)导通、C1’的工频开关管(T1’和T4’)导通时，MMC的输出电压为BUS1+BUS2。为方便理解，此时，MMC的输出电压范围可表示为BUS2～BUS1+BUS2。
工作区间III：电路输出起点为BUS2+BUS3，输出电压范围为 BUS2+BUS3～BUS1+BUS2+BUS3。其中，当C的工频开关管(T5)关断，C2’和C3’的工频开关管(T1’和T4’)导通时，MMC的输出电压为BUS2+BUS3。当C的工频开关管(T5)导通、C2’和C3’的工频开关管(T1’和T4’)导通时，MMC的输出电压为BUS1+BUS2+BUS3。此时，MMC的输出电压范围可表示为BUS2+BUS3～BUS1+BUS2+BUS3。
工作区间IV：电路输出起点为BUS2+BUS3+BUS4，输出电压范围为BUS2+BUS3+BUS4～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4。同理可得，此时MMC的输出电压范围可表示为BUS2+BUS3+BUS4～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4。
工作区间V：电路输出起点为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5，输出电压范围为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5。同理可得，此时MMC的输出电压范围可表示为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5。
工作区间VI：电路输出起点为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6,输出电压范围为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6。同理可得，此时MMC的输出电压范围可表示为BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6～BUS1+BUS2+BUS3+BUS4+BUS5+BUS6。
电压负半周工作原理与上述正半周相同,在此不重复描述。
需要说明的是，在本申请实施例中，输入回路和输出回路共用公共变换模块，公共变换模块的多电平单元的数量需要根据输出回路的输出电压需求确定，输入电压的相位需要由输出电压决定，因此，输入回路的电压和输出回路的电压需要保证为同相电压。
MMC中各母线电容的接入控制方法：
在一些可行的实施方式中，在图3所示的MMC电路结构中，工作区间I中，输出电压范围是0～BUS1，在接入母线电容C且公共变换模块中各母线电容均为未接入(即各母线电容为旁路状态)时，通过导通输入变换模块的功率开关管可实现对母线电容C进行充电。接入公共变换模块的第一个多电平单元的母线电容C1’(即导通多电平单元1的T1’和Ti4’，公共变换模块中其他多电平的母线电容处于旁路状态)时，若T2和T4同时导通，则Vin的输入电压要大于或者等于C1’的两端电压，以防止电流反灌。即，接入公共变换模块的第一个多电平单元的母线电容C1’(即导通多电平单元1的T1’和T4’)，且T2和T4同时导通时，若Vin的输入电压小于C1’的两端电压，则C1’将向Vin放电，此时输入回路的电流将流向Vin，从而出现电路反灌市电。因此，为了防止MMC的输入回路的电流反灌市电，在接入公共变换模块中的C1’之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压，在Vin的输入电压大于或者等于C1’的两端电压的时刻(假设为t1)，接入C1’。同理，在接入公共变换模块中其他任一母线电容Ci’之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压。在Vin的输入电压大于或者等于公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入母线电容Ci’，这里，公共变换模块中母线电容两端电压之和为公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和母线电容Ci’的两端电压的和。比如，在接入公共变换模块中的C2’之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压，在Vin的输入电压大于或者等于C1’和C2’的两端电压之和的时刻(假设为t2)，接入C2’。在接入公共变换模块中的C3’之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压，在Vin的输入电压大于或者等于C1’、C2’和C3’的两端电压之和的时刻(假设为t3)，接入C3’，以此类推。
此外，在一些可行的实施方式中，接入母线电容C1’之前，MMC的输出回路工作在工作区间I中。在工作区间I中，MMC的输出电压范围可表示为0～BUS1，即在工作区间I中，MMC的输出电压范围可表示为0～母线电容C的两端电压。接入母线电容C1’，MMC的输出回路工作在工作区间II中，MMC的输出电压范围可表示为BUS2～BUS1+BUS2，即在工作区间II中，MMC的输出电压范围可表示为C1’的两端电压～母线电容C和母线电容C1’的两端电压之和。由此可见，为了保证MMC的输出电压的合理性(即MMC的输出电压的波形连贯)，接入母线电容C1’时，MMC的输出电压要大于或者等于母线电容C1’的两端电压(即工作区间I的输出电压的下限)，同理，在接入母线电容C2’时，MMC的输出电压要大于或者等于母线电容C1’和C2’的两端电压(即工作区间II的输出电压的下限)。也就是说，假设MMC工作过程中，接入母线电容C1’的时刻t1，Vin的输入电压的瞬间值Vin(t1)和Vout的输出电压的瞬间值Vout(t1)满足：
Vin(t1)>＝BUS2；
Vout(t1)>＝BUS2。
假设，接入母线电容C2’的时刻t2，则Vin的输入电压的瞬间值Vin(t2)和Vout的输出电压的瞬间值(t2)满足：
Vin(t2)>＝BUS2+BUS3；
Vout(t2)>＝BUS2+BUS3。
换句话说，在接入公共变换模块中其他任一母线电容Ci’(此时i可为大于2的整数)之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压。在Vout的输出电压大于或者等于公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入母线电容Ci’，这里，公共变换模块中母线电容两端电压之和为公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和母线电容Ci’的两端电压的和。由此可见，在接入公共变换模块中其他任一母线电容Ci’之前，可检测母线电容C和公共变换模块中各母线电容的两端电压。在Vin的输出电压和Vout的输出电压均大于或者等于公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入母线电容Ci’，可保证MMC的输出电压的合理性的同时也可以防止MMC的输入回路的电流反灌Vin。这里，公共变换模块中母线电容两端电压之和为公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和母线电容Ci’的两端电压的和。也就是说，假设MMC工作过程中，接入母线电容Ci’的时刻ti，Vin的输入电压的瞬间值Vin(ti)和Vout的输出电压的瞬间值Vout(ti)满足：
Vin(ti)>＝BUS2+…+BUSi；
Vout(t2)>＝BUS2+…+BUSi。
其中，BUS2+…+BUSi-1为已接入MMC的输出回路中的各母线电压的两端电压，BUSi母线电容Ci’的两端电压达到的目标电压。
在一些可行的实施方式中，如图3所示，在本申请实施例提供的MMC中还可包括开关装置K和电感，输入变换模块的第一输入/输出端11通过开关装置K和电感连接Vin的第一输入/输出端。这里开关装置可用于Vin的输入电压突变或者输入异常时，保证MMC中电流的单相流动，保证MMC的电路稳定性，适用性更高。可选的，开关装置k可由反向并联的两个晶闸管组成，可由输入为正弦波形电压的正半周驱动或者负半周驱动，可进一步保 证，MMC的电路的工作稳定性。
MMC中各功能模块的输出电压的平衡控制方法：
在一些可行的实施方式中，在图3所示的电路中，本申请实施例提供的MMC还可包括平衡电路模块，平衡电路模块中包括一端并联的多个直流/(direct current，DC)/DC变换器，这里多个DC/DC变换器中一个DC/DC变换器的另一端与MMC中的一个母线电容并联，该平衡电路模块用于通过各母线电容连接的DC/DC变换器调整各母线电容的两端电压至目标电压，以平衡各母线电容的两端电压。参见图7，图7是本申请实施例提供的MMC的另一结构示意图。如图7所示，本申请实施例提供的MMC中还包括平衡电路模块，该平衡电路模块中包括多个DC/DC变换器，比如DC/DC1、DC/DC2、…、DC/DCN，其中，DC/DC1、DC/DC2、…、DC/DCN的一端并联，DC/DC1的另一端与第一母线电容(即母线电容C)并联，DC/DC2的另一端和公共变换模块的第一个多电平单元(如多电平单元1)的母线电容(如母线电容C1’)并联，DC/DC3的另一端和公共变换模块的第二个多电平单元(如多电平单元2)的母线电容(如母线电容C2’)并联，……，DC/DCN的另一端和公共变换模块的第N个多电平单元(如多电平单元N)的母线电容(如母线电容CM’)并联。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图8，图8是本申请实施例提供的平衡电路模块的结构示意图。上述平衡电路模块中还可包括电池单元，平衡电路模块中的多个DC/DC变换器并联于电池单元两端。这里，电池单元可为UPS中用于在UPS的主路输入端(即Vin)输入异常时为MMC提供输入的电池，也可以为与该电池串联的其他电池，具体可根据实际用于场景确定，在此不做限制。其中，BUS1至BUSN表示MMC中各母线电容的两端电压。参见图9，图9是本申请实施例提供的DC/DC变换器的一结构示意图。如图9所示，上述平衡电路模块中各DC/DC变换器可为双向DC/DC变换器，且上述双向DC/AC变换器的电路拓扑为隔离型电路拓扑。换句话说，上述平衡电路模块中各DC/DC变换器可为双向隔离型变换器，其中，Q1、Q2、…、Q8为DC/DC的功率开关管，且Q1、Q2、…和Q8均为带反并联二极管的功率开关管，TX为变压器。
参见图10，图10是本申请实施例提供的平衡电路的另一结构示意图。
可选的，在一些可行的实施方式中，上述平衡电路模块中一个DC/DC变换器可通过一个升压单元与MMC中的一个母线电容并联。这里，上述升压单元可包括第一开关管(比如Q9)、第二开关管(比如Q10)和电感，Q9和Q10串联后并联于母线电容的两端，Q9和Q10的串联连接点通过电感连接DC/DC变换器。在图10所示的电路中，在放电过程，电池单元向母线电容提供能量，即通过电池单元为母线电容充电，此时，Q2和Q3同时闭合，能量通过变压器TX传递到副边，Q5、Q6、Q7和Q8不动作，此时通过Q5、Q6、Q7和Q8中的反并联二极管整流，再通过电感L、Q9和Q10调整母线电压的两端电压。Q2和Q3闭合后，经过死区时间，Q1和Q4闭合，能量同样通过变压器TX传递到副边，Q5、Q6、Q7和Q8不动作，此时通过Q5、Q6、Q7和Q8中的反并联二极管整流，再通过电感L、Q9和Q10调整电压，控制母线电容的两端电压至目标电压。在充电过程，能量从母线电容到电池单元，即通过母线电容为电池单元充电，各个功率开关管的控制过程和上面放电过程相似，在此不做限制。此外，在图10所示的电路结构中，变压器TX串联的电容和电感可组成串联谐振电路，用于形成谐振，减少开关损耗。
在一些可行的实施方式中，通过上述平衡电路中的各个DC/DC变换器可检测MMC中各母线电容的两端电压，并根据各母线电容的两端电压和各母线电容的目标电压，通过控制各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断来调整各母线电容的两端电压至目标电压，即通过各母线电容所连接的DC/DC可调整各母线电容的两端电压至目标电压。当MMC中任一母线电容的两端电压小于该母线电容的目标电压，且MMC中除该母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压大于该其他母线电容的目标电压时，控制该母线电容和该其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过该其他母线电容为该母线电容充电。比如，如图7所示的MMC电路中，当MMC中任一母线电容(比如母线电容C)的两端电压小于母线电容C的目标电压(比如BUS1)，且MMC中除母线电容C之外的至少一个其他母线电容(比如母线电容Ci’)的两端电压大于母线电容Ci’的目标电压(比如BUS2)时，可控制母线电容C和母线电容Ci’所连接的DC/DC变换器(比如DC/DC1和DC/DC2)中各开关管的导通或者关断，以通过母线电容Ci’为母线电容C充电。此时，母线电容Ci’可等效于图10所示的电池单元，母线电容C等效于图10所示的母线电容。
同理，当MMC中任一母线电容的两端电压大于该母线电容的目标电压，且MMC中除该母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压小于该其他母线电容的目标电压时，控制该母线电容和该其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使该母线电容向该其他母线电容充电。比如，当母线电容Ci’的两端电压小于BUS2，且母线电容C的两端电压大于BUS1时，可控制母线电容C和母线电容Ci’所连接的DC/DC变换器(比如DC/DC1和DC/DC2)中各开关管的导通或者关断，以通过母线电容C为母线电容Ci’充电，此时，母线电容Ci’可等效于图10所示的母线电压，母线电容C等效于图10所示的电池单元。
可选的，在一些可行的实施方式中，若平衡电路中各个DC/DC变换器并联于电池单元两端，则当MMC中任一母线电容的两端电压小于该母线电容的目标电压时，可控制该母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过电池单元为该母线电容充电。当该母线电容的两端电压大于目标电压时，可控制该母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使该母线电容向电池单元放电。此时，MMC的平衡模块可充当充电器的作用，为UPS中的电池充电，无需在UPS中额外增加充电器，可减少UPS中电路器件的数量，从而可提高UPS的电路稳定性，适应性更高。
在本申请实施例中，通过MMC中的平衡模块可调整MMC中各母线电容的两端电压，可保证各母线电容的输出电压的平衡的同时，可保证MMC的输出电压的合理性和稳定性，操作灵活，适用性更高。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

  1. 一种模块化多电平变换器，其特征在于，所述模块化多电平变换器MMC中包括输入变换模块、输出变换模块、公共变换模块和公共桥臂，所述输入变换模块的第一输入/输出端连接所述MMC的电压输入端Vin的第一输入/输出端，所述输入变换模块的第二输入/输出端通过所述公共桥臂的输入/输出端连接所述公共变换模块的第一输入/输出端，所述公共变换模块的第二输入/输出端连接所述Vin的第二输入/输出端和所述MMC的电压输出端Vout的第一输入/输出端，所述输出变换模块的第一输入/输出端通过所述公共桥臂的输入/输出端连接所述公共变换模块的第一输入/输出端，所述输出变换模块的第二输入/输出端连接所述Vout的第二输入/输出端；所述输入变换模块和所述输出变换模块共用一个母线电容，所述公共变换模块包括串联的至少一个多电平单元，一个多电平单元中包括一个母线电容，所述MMC中还包括平衡电路模块；
    所述平衡电路模块中包括多个直流DC/DC变换器，所述多个DC/DC变换器的一端并联，所述多个DC/DC变换器中一个DC/DC变换器的另一端与所述MMC中的一个母线电容并联；
    所述平衡电路模块用于通过各母线电容连接的DC/DC变换器调整所述各母线电容的两端电压至目标电压，以平衡所述各母线电容的两端电压。
  2. 根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述平衡电路模块中一个DC/DC变换器通过一个升压单元与所述MMC中的一个母线电容并联；
    所述升压单元中包括第一开关管、第二开关管和电感，所述第一开关管和第二开关管串联后并联于所述母线电容的两端，所述第一开关管和所述第二开关管的串联连接点通过所述电感连接所述DC/DC变换器。
  3. 根据权利要求2所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述平衡电路中还包括电池单元，所述多个DC/DC变换器的一端并联于所述电池单元两端。
  4. 根据权利要求3所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器，所述双向DC/AC变换器的电路拓扑为隔离型电路拓扑。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述MMC中还包括开关装置，所述输入变换模块的第一输入/输出端通过所述开关装置连接所述Vin的第一输入/输出端。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述MMC中包括功率开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6和母线电容C，T1、T2和所述母线电容C组成所述输入变换模块，T5、T6和所述母线电容C组成所述输出变换模块，T3和T4组成所述公共桥臂；
    其中，T1的第一连接端与T2的第二连接端连接且连接端作为所述输入变换模块的第一输入/输出端，T3的第一连接端与T4的第二连接端连接且连接端作为所述公共桥臂的输 入/输出端，T5的第一连接端和T6的第二连接端连接且连接端作为所述输出变换模块的第二输入/输出端，T1的第二连接端与所述母线电容C的正极、T3的第二连接端、T5的第二连接端相连，T2的第一连接端与C的负极、T4的第一连接端、T6的第二连接端相连。
  7. 根据权利要求1-5任一项所述的模块化多电平变换器，其特征在于，所述多电平单元为全桥模块，所述全桥模块中包括功率开关管T1’、T2’、T3’和T4’，以及母线电容C’；
    其中，T1’的第一连接端与T2’的第二连接端连接且连接端作为所述全桥模块的第一输入/输出端，T3’的第一连接端与T4’的第二连接端连接且连接端作为所述全桥模块的第二输入/输出端，T1’的第二连接端与C’正极、T3’的第二连接端相连，T2’的第一连接端与C’的负极、T4’的第一连接端相连。
  8. 一种模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1-7任一项所述的模块化多电平变换器MMC，所述方法包括：
    检测所述MMC中各母线电容的两端电压；
    根据所述各母线电容的两端电压和所述各母线电容的目标电压，控制所述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过所述各母线电容所连接的DC/DC调整所述各母线电容的两端电压至目标电压。
  9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述各母线电容的两端电压和所述各母线电容的目标电压，控制所述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断包括：
    当所述MMC中任一母线电容的两端电压小于所述任一母线电容的目标电压，且所述MMC中除所述任一母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压大于所述其他母线电容的目标电压时，控制所述任一母线电容和所述其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过所述其他母线电容为所述任一母线电容充电；
    当所述MMC中任一母线电容的两端电压大于所述任一母线电容的目标电压，且所述MMC中除所述任一母线电容之外的至少一个其他母线电容的两端电压小于所述其他母线电容的目标电压时，控制所述任一母线电容和所述其他母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使所述任一母线电容向所述其他母线电容放电。
  10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述MMC变换器的平衡电路中包括电池单元，所述多个DC/DC变换器的一端并联于所述电池单元两端；
    所述根据所述各母线电容的两端电压和所述各母线电容的目标电压，控制所述各母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断包括：
    当所述MMC中任一母线电容的两端电压小于所述任一母线电容的目标电压时，控制所述任一母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以通过所述电池单元为所述任一母线电容充电；
    当所述MMC中任一母线电容的两端电压大于所述任一母线电容的目标电压时，控制所 述任一母线电容所连接的DC/DC变换器中各开关管的导通或者关断，以使所述任一母线电容向所述电池单元放电。
  11. 根据权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，所述输入变换模块和所述输出变换模块共用第一母线电容，在接入所述公共变换模块中任一多电平单元的任一母线电容之前，所述方法还包括：
    检测所述第一母线电容和所述多电平单元中各母线电容的两端电压；
    在所述Vin的输入电压和所述Vout的输出电压大于或者等于所述公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入所述任一母线电容；
    其中，所述公共变换模块中母线电容两端电压之和为所述公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和所述任一母线电容的两端电压的和。
  12. 一种模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述方法适用于模块化多电平变换器MMC，所述MMC中包括输入变换模块、输出变换模块、公共变换模块和公共桥臂，所述输入变换模块的第一输入/输出端连接所述MMC的电压输入端Vin的第一输入/输出端，所述输入变换模块的第二输入/输出端通过所述公共桥臂的输入/输出端连接所述公共变换模块的第一输入/输出端，所述公共变换模块的第二输入/输出端连接所述Vin的第二输入/输出端和所述MMC的电压输出端Vout的第一输入/输出端，所述输出变换模块的第一输入/输出端通过所述公共桥臂的输入/输出端连接所述公共变换模块的第一输入/输出端，所述输出变换模块的第二输入/输出端连接所述Vout的第二输入/输出端；
    所述输入变换模块和所述输出变换模块共用第一母线电容，所述公共变换模块包括串联的至少一个多电平单元，一个多电平单元中包括一个母线电容，所述方法包括：
    接入所述第一母线电容，并旁路所述公共变换模块中各多电平单元的母线电容；
    在接入所述公共变换模块中任一多电平单元的任一母线电容之前，检测所述第一母线电容和所述公共变换模块中各母线电容的两端电压；
    在所述Vin的输入电压和所述Vout的输出电压大于或者等于所述公共变换模块中母线电容两端电压之和的时刻ti，接入所述任一母线电容；
    其中，所述公共变换模块中母线电容两端电压之和为所述公共变换模块中已接入的各母线电容的两端电压和所述任一母线电容的两端电压的和。
  13. 一种不间断电源，其特征在于，所述不间断电源UPS包括：电池、静态转换开关STS和如权利要求1-7任一项所述的模块化多电平变换器MMC；
    所述电池用于在所述UPS的主路输入端Vin输入异常时为所述MMC提供输入，并通过所述MMC输出给负载供电；
    所述STS用于在所述MMC输出异常时为所述UPS提供备用电源通道。
  14. 根据权利要求13所述的不间断电源，其特征在于，所述MMC的平衡电路中的电池单元与所述电池串联。
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