具体技术细节
[0005] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，该交交变换器基于MMC桥臂差模和共模电压分量合成的原理，结合反同名端的三绕组变压器，可进一步降低M3C拓扑的子模块用量，并且具有良好的扩展性，以适用多种特殊需求的应用场景。
[0006] 为些，本发明采用如下的技术方案：一种基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其包含一个模块化多电平变换器和N个单相三绕组变压器；所述模块化多电平变换器包含X个相单元，每个相单元由上桥臂和下桥臂组成；输入侧有m个端口，与第一交流系统连接，每个输入侧端口与至少一个相单元中点连接；输出侧有2N个端口，X个相单元的上桥臂并联组成N个输出侧端口，X个相单元的下桥臂并联组成N个输出侧端口，每对输出侧端口与至少一个相单元两端连接；
所述单相三绕组变压器包含第一绕组、第二绕组和第三绕组，变比为KT:1:1，N个单相三绕组变压器的第一绕组分别和第二交流系统的N相连接，第二绕组与所述模块化多电平变换器上桥臂的N个输出侧端口连接，第三绕组与所述模块化多电平变换器下桥臂的N个输出侧端口连接；
所述的第一交流系统为m相系统，由a,b,c, …,m相组成；第二交流系统为N相系统，由A,B,C, …,N相组成；m≥2，N≥1。
[0007] 进一步地，所述模块化多电平变换器的第i个输入侧端口与Yi个相单元连接，其中Yi≥1，i=a,b,c,…,m；模块化多电平变换器的第j对输出侧端口与Zj个相单元连接，其中Zj≥1，j=A,B,C, …,N；相单元的总数量X≥m，X≥N，且满足：。
[0008] 进一步地，所述的模块化多电平变换器，每个相单元的上桥臂和下桥臂结构相同，均包含串联的多个全桥子模块和一个桥臂电感。
[0009] 进一步地，所述的单相三绕组变压器，第一绕组的同名端和第二交流系统的第j相连接，另一端接地；第二绕组的同名端和模块化多电平变换器上桥臂的第i个输出侧端口连接，另一端接地；第三绕组的同名端和模块化多电平变换器下桥臂的第i个输出侧端口连接，另一端接地。
[0010] 进一步地，所述的模块化多电平变换器，第k个相单元上桥臂参考电压utopk和下桥臂参考电压ubtmk的表达式为：
[0011] 其中，ui是桥臂参考电压的差模分量，i=a,b,c,…,m，uj是桥臂参考电压的共模分量，j=A,B,C,…,N。k的范围可以写为k=(1,2,…,Ya),(Ya+1,Ya+2,…,Ya+Yb), …, (X‑Ym+1,X‑Ym+2,…,X)，k的范围也可以写为k=(1,2,…,ZA),(ZA+1,ZA+2,…,ZA+ZB),…, (X‑ZN+1,X‑ZN+2,…,X)。
[0012] 更进一步地，忽略桥臂电感上的压降时，第k个相单元桥臂参考电压的差模分量ui和共模分量uj的表达式为：
[0013] 其中，U1对应第一交流系统相电压幅值，U2对应第二交流系统相电压幅值，ω1是第一交流系统角频率，ω2是第二交流系统角频率，θi是第一交流系统移相角，i=a, b, c,…, m，θj是第二交流系统移相角，j=A, B, C,…, N。
[0014] 再进一步地，第一交流系统各相电压的相位需要满足所有电压相量的和等于0，第二交流系统各相电压的相位则无此限制。
[0015] 进一步地，所述基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，功率从第一交流系统侧向第二交流系统侧流动，或从第二交流系统侧向第一交流系统侧流动。
[0016] 本发明还提供一种上述多相‑多相直接式交交变换器的控制方法，其内容如下：选取桥臂电压电流中的输入侧分量、输出侧分量和环流分量作为状态变量设计控制策略，将基于桥臂电流分量的控制策略分为外环控制和内环控制两个部分，内环控制利用桥臂电压解耦变换分别对桥臂电流的输入侧分量、输出侧分量和环流分量进行控制，其中输入侧分量和输出侧分量各有电压控制和电流控制两种模式，根据具体需要选择相应的控制模式；环流分量只有电流控制一种模式；当内环控制采用交流电压控制时，不需要外环控制；当内环控制采用交流电流控制时，外环控制采用有功类控制或无功类控制。
[0017] 进一步地，对于输入侧分量或输出侧分量的外环控制，有功类控制采用电容电压均值控制或有功功率控制，无功类控制采用无功功率控制；对于环流分量的外环控制，有功类控制采用桥臂间平衡控制，无功类控制令环流电流的q轴无功分量参考值为0。
[0018] 本发明具有的有益效果是：1.本发明的多相‑多相直接式交交变换器，在上下桥臂中构造每相输入电压的差模分量和每相输出电压的共模分量，再通过反同名端的单相三绕组变压器抵消差模分量、合成共模分量，实现任意电压幅值、频率、相位、相数的交交变换需求，该拓扑方案具有良好的扩展性，能够适应多样的电能变换需求。
[0019] 2.本发明的多相‑多相直接式交交变换器，能够有效减少桥臂子模块的数量，虽然需要三绕组变压器实现电压变换的功能，但是也起到了隔离的作用，整体上降低了换流站的建设成本，并降低了控制算法的设计难度。在三相‑三相变换时，所提的变换器拓扑比背靠背MMC拓扑的子模块数量减少50%，比M3C拓扑的子模块数量减少33%；在三相‑单相变换时，所提的变换器拓扑比背靠背MMC拓扑的子模块数量减少40%。
[0020] 3.本发明的多相‑多相直接式交交变换器，具有MMC拓扑模块化设计、谐波含量低、能量双向流动、输出电平数高、功率因数可控、动态响应快、可靠性高等优点，能够用于海上风电低频送出、海岛供电、城市电网异步互联、大功率变频调速等交交变换领域，具有广阔的应用前景。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权1项，从权-1项
1.一种基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，包含一个模块化多电平变换器和N个单相三绕组变压器；
所述模块化多电平变换器包含X个相单元，每个相单元由上桥臂和下桥臂组成；输入侧有m个端口，与第一交流系统连接，每个输入侧端口与至少一个相单元中点连接；输出侧有
2N个端口，X个相单元的上桥臂并联组成N个输出侧端口，X个相单元的下桥臂并联组成N个输出侧端口，每对输出侧端口与至少一个相单元两端连接；
所述单相三绕组变压器包含第一绕组、第二绕组和第三绕组，变比为KT:1:1，N个单相三绕组变压器的第一绕组分别和第二交流系统的N相连接，第二绕组与所述模块化多电平变换器上桥臂的N个输出侧端口连接，第三绕组与所述模块化多电平变换器下桥臂的N个输出侧端口连接；
所述的第一交流系统为m相系统，由a,b,c,…,m相组成；第二交流系统为N相系统，由A,B,C, …,N相组成；m≥2，N≥1。
2.根据权利要求1所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，所述模块化多电平变换器的第i个输入侧端口与Yi个相单元连接，其中Yi≥1，i=a,b,c, …,m；模块化多电平变换器的第j对输出侧端口与Zj个相单元连接，其中Zj≥1，j=A,B,C, …,N；相单元的总数量X≥m，X≥N，且满足：
。
3.根据权利要求2所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，所述的模块化多电平变换器，每个相单元的上桥臂和下桥臂结构相同，均包含串联的多个全桥子模块和一个桥臂电感。
4.根据权利要求1所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，所述的单相三绕组变压器，第一绕组的同名端和第二交流系统的第j相连接，另一端接地；第二绕组的同名端和模块化多电平变换器上桥臂的第i个输出侧端口连接，另一端接地；第三绕组的同名端和模块化多电平变换器下桥臂的第i个输出侧端口连接，另一端接地。
5.根据权利要求2所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，所述的模块化多电平变换器，第k个相单元上桥臂参考电压utopk和下桥臂参考电压ubtmk的表达式为：
其中，ui是桥臂参考电压的差模分量，i=a,b,c, …,m，uj是桥臂参考电压的共模分量，j=A,B,C, …,N。
6.根据权利要求5所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，忽略桥臂电感上的压降时，第k个相单元桥臂参考电压的差模分量ui和共模分量uj的表达式为：
其中，U1对应第一交流系统相电压幅值，U2对应第二交流系统相电压幅值，ω1是第一交流系统角频率，ω2是第二交流系统角频率，θi是第一交流系统移相角，i=a,b,c,…,m，θj是第二交流系统移相角，j=A,B,C, …,N。
7.根据权利要求6所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，第一交流系统各相电压的相位需要满足所有电压相量的和等于0，第二交流系统各相电压的相位则无此限制。
8.根据权利要求1‑7任一项所述的基于MMC的多相‑多相直接式交交变换器，其特征在于，功率从第一交流系统侧向第二交流系统侧流动，或从第二交流系统侧向第一交流系统侧流动。
9.权利要求1‑8任一项所述多相‑多相直接式交交变换器的控制方法，其特征在于，选取桥臂电压电流中的输入侧分量、输出侧分量和环流分量作为状态变量设计控制策略，将基于桥臂电流分量的控制策略分为外环控制和内环控制两个部分，内环控制利用桥臂电压解耦变换分别对桥臂电流的输入侧分量、输出侧分量和环流分量进行控制，其中输入侧分量和输出侧分量各有电压控制和电流控制两种模式，根据具体需要选择相应的控制模式；
环流分量只有电流控制一种模式；当内环控制采用交流电压控制时，不需要外环控制；当内环控制采用交流电流控制时，外环控制采用有功类控制或无功类控制。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，对于输入侧分量或输出侧分量的外环控制，有功类控制采用电容电压均值控制或有功功率控制，无功类控制采用无功功率控制；对于环流分量的外环控制，有功类控制采用桥臂间平衡控制，无功类控制令环流电流的q轴无功分量参考值为0。
