电平变流器不需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂 电路中串联的H桥子模块个数大于或等于Udy(4U")，当多电平变流器需要具备直流故障穿 越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大于或等于(力14.)/(4认"〇,其中Ud。为多 电平变流器的直流母线额定电压，为每个子模块电容的额定电压。
[0010] 本发明提出一种新型的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器（以下简称NHMC)， 其优点是：与HCHMI相比，本发明提出的变流器采用多个IGBT或其他全控半导体开关串联 作为导通开关，级联的H桥个数也不限于2个，因此可以扩展应用于高压输电领域；与HCMC 相比，本发明提出的新型多电平变流器中的每个导通开关所串联的IGBT个数是HCMC的一 半，动态均压难度相对较低，且每周期导通开关只需开通和关断一次，导通开关的开关频率 仅为HCMC的1/3,导通开关的开关损耗也近似为HCMC的1/3,因此能量转换效率更高；在不 需要考虑直流故障闭锁或穿越能力的场合下，如背靠背直流输电、海底电缆直流输电等时， 本发明提出的NHMC所需的IGBT数较半桥模块化多电平变流器、HCMC及AAC均更少，因而 在IGBT和电容的成本上均小于上述三种多电平变流器；在需要考虑直流故障穿越能力的 场合下，如远距离架空线输电时，本发明提出的NHMC所需的IGBT数仍较H桥MMC及AAC更 少，因而具有更小的成本和体积。综合以上，本发明提出的NHMC能够为高压输电领域提供 一种成本更少、体积更小、损耗更低的新型解决方案。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器的电路结构图。
[0012] 图2是本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器中的导通开关电路结 构图。
[0013] 图3是本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器中的箝位开关电路结 构图。
[0014] 图4是本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器中的桥臂电路结构 图。
[0015] 图5为采用本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器结构的整流器的 工作效果示意图，其中，图5(a)为输出功率的波形图，图5(b)网侧电流、图5(c)子模块电 容电压、图5(d)直流母线电压、图5(e)直流侧电流和图5(f)直流电容器电压的波形图。
【具体实施方式】
[0016]本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，其电路原理图如图1所示， 包括第一相单元、第二相单元、第三相单元、第一交流电抗器La、第二交流电抗器Lb、第三交 流电抗器L。、第一直流电容器Q和第二直流电容器C2;所述的第一直流电容器的正极作为 多电平变流器的正极直流母线，第一直流电容器的负极与所述的第二直流电容器的正极相 连，作为多电平变流器的公共中点N，第二直流电容器的负极作为多电平变流器的负极直流 母线；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的正极同时与第一直流电容器的正极 相连，第一相单元、第二相单元和第三相单元的负极同时与第二直流电容器的负极相连，第 一相单元、第二相单元和第三相单元的中点同时与多电平变流器的公共中点相连，第一相 单元、第二相单元和第三相单元的交流侧端点A。、B。和C。分别通过所述的第一交流电抗器 La、第二交流电抗器Lb和第三交流电抗器L。与交流电网相连；
[0017]所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的电路原理图相同，均由第一导通 开关Si、第二导通开关S2、第三导通开关S3、第四导通开关S4、桥臂电路、第一箝位开关DJP 第二箝位开关D2构成；所述的第一导通开关Si的正极作为相单元的正极，第一导通开关Si 的负极同时与第二导通开关S2的正极和第一箝位开关Di的阳极相连，第二导通开关S2的 负极同时与所述的桥臂电路的一个端点和第三导通开关S3的正极相连，第三导通开关S3的 负极同时与第四导通开关S4的正极和第二箝位开关D2的阴极相连，第四导通开关S4的负 极作为相单元的负极，第一箝位开关〇:的阴极与第二箝位开关0 2的阳极相连，作为相单元 的中点，桥臂电路的另一个端点作为相单元的交流侧端点。
[0018] 上述多电平变流器相单元中的导通开关，由多个含有反并联二极管的全控半导体 开关（例如绝缘栅双极性晶体管）串联而成，串联的多个全控半导体开关中，第一个全控 半导体开关的集电极作为导通开关的正极，最后一个全控半导体开关的发射极作为导通开 关的负极；全控半导体开关的个数为Udc/(2U。)，其中ud。为多电平变流器的直流母线额定电 压，U。为每个全控半导体开关的额定电压。导通开关的电路原理图如图2所示。其每个相 单元的导通开关存在正电平、零电平、负电平三种调制状态，其中正电平状态是指第一导通 开关和第二导通开关导通，第三导通开关和第四导通开关关断；零电平状态是指第一导通 开关和第四导通开关关断，第二导通开关和第三导通开关导通；负电平状态是指第一导通 开关和第二导通开关关断，第三导通开关和第四导通开关导通。导通开关的调制方法可以 采用包括但不限于基波调制方法、特定谐波消除方法、载波调制方法等调制方法，各导通开 关的开关频率在50Hz~2kHz之间。
[0019] 上述多电平变流器相单元中的箝位开关，由多个二极管串联构成，多个串联的二 极管中，第一个二极管的阳极作为箝位开关的阳极，最后一个二极管的阴极作为箝位二极 管的阴极，二极管的个数为udy(2uj，其中ud。为多电平变流器的直流母线额定电压，u。，每 个二极管的额定电压。箝位开关的电路原理图如图3所示。
[0020] 上述多电平变流器的相单元中的桥臂电路，由多个H桥子模块串联而成，每个H桥 子模块包括一个直流电容器、第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体 开关、第四全控半导体开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续 流二极管，所述的第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体开关和第四 全控半导体开关的集电极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极 管和第四续流二极管的阴极相连，所述的第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三 全控半导体开关和第四全控半导体开关的发射极分别与所述的第一续流二极管、第二续流 二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阳极相连，所述的第一全控半导体开关的集 电极同时与第四全控半导体开关的集电极和直流电容器的正极端相连，所述的第一全控半 导体开关的发射极与第二全控半导体开关的集电极相连，作为H桥子模块的一个端点；所 述的第二全控半导体开关的发射极同时与第三全控半导体开关的发射极和直流电容器的 负极端相连，所述的第三全控半导体开关的集电极与第四全控半导体开关的发射极相连， 作为新型箝位子模块的另一个端点；桥臂电路的电路原理图如图4所示。当多电平变流器 不需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大于或等于Ud。/ (4U")，当多电平变流器需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块 个数大于或等于(^^:/,.)/(祀.,,,)，其中仏。为多电平变流器的直流母线额定电压，1为每个子 模块电容的额定电压。桥臂电路的调制方法可以采用包括但不限于最近电平逼近方法、载 波调制方法等调制方法，电容均压方法可以采用包括但不限于开环排序法、闭环控制法等 均压方法。
[0021] 下面以25电平中点箝位型桥臂交替导通多电平整流器为例介绍本发明方法的一 个实施例。
[0022] 该实施例中25电平中点箝位型桥臂交替导通多电平整流器的参数见下表。
[0023]
[0024] 本实施例中的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，由三个相单元、三个交流 电抗器以及第一直流电容器、第二直流电容器构成。其中，第一直流电容器的正极与正极直 流母线相连，第一直流电容器的负极与第二直流电容器的正极相连，作为变流器的公共中 点，第二直流电容器的负极与负极直流母线相连。三个相单元的正极分别与第一直流电容 器的正极相连，三个相单元的负极分别与第二直流电容器的负极相连，三个相单元的中点 分别与变流器的公共中点相连，三个相单元的交流侧端点分别经三个交流电抗器与交流电