本发明涉及电力电子，尤其涉及一种基于mmc的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法。
背景技术：
1、随着分布式能源大规模接入电网以及直流负荷的增加，给传统的交流配电网带来了巨大的挑战。交直流混合配电网具备多电压等级、多电压形态的端口，电能可在交直流、高低压端口之间进行传输与变换，适用于新能源与直流负荷的接入，是未来配电网发展的重要方向之一。固态变压器(solid state transformer,sst)因同时具备灵活的可控性以及多端口接入能力，基于mmc(modular multilevel converter，模块化多电平变换器)的固态变压器拓扑成为了交直流混合配电网中的核心设备。
2、基于mmc的sst拓扑具备中压直流端口(mvdc)，可应用于中高压输配电场合，可以实现分布式能源的并网和就地消纳，因此mmc-sst在交直流混合配电网中具有广阔的应用前景。特别是mut(multi-winding transformer，多绕组变压器)型mmc-sst拓扑，具有控制灵活，易于实现冗余容错等优点。
3、但是现有技术中的mmc-sst拓扑，在中压配电网使用时，需要大量的开关器件，sst的功率密度较低，制约了mut型mmc-sst的应用，另外，由于固态变压器拓扑中经常发生直流短路故障，而传统的mut型mmc-sst拓扑无法有效实现故障穿越，也是制约mut型mmc-sst应用的原因。
技术实现思路
1、发明目的：本发明提供一种基于mmc的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，旨在解决现有技术中存在的mmc-sst拓扑中开关器件较多，以及在直流短路故障情况下，无法有效实现故障穿越的技术问题。
2、技术方案：本发明提供一种基于mmc的固态变压器拓扑，包括：输入级、中间级和输出级，其中：所述输入级，包括第一电压交流端口和第一电流直流端口，第一电压交流端口用于连接三相交流电；所述输出级，包括第二电压交流端口和第二电流直流端口；所述中间级，包括前中间级和后中间级，其中：所述前中间级包括三相桥臂，各单相桥臂上包括多个子模块，子模块包括两种电路结构；从各单相桥臂上相邻的两个子模块之间的连接线路上引出连接线，用于与第一电压交流端口连接，三个单相桥臂并联，从两个并联点上引出连接线，用于与第一电流直流端口连接，子模块上包括两条引线，与中间级变压器原边连接；所述后中间级包括多个整流电路，整流电路包括两条引线、第一连接线和第二连接线，两条引线与中间级变压器副边连接，多个整流电路的第一连接线彼此连接于第一连接点、第二连接线彼此连接于第二连接点，第一连接点和第二连接点与第二电压交流端口连接，第一连接点和第二连接点与第二电流直流端口连接。
3、具体的，子模块的电路结构包括第一电路结构和第二电路结构，在同一单相桥臂上，第一电路结构的子模块数量和第二电路结构的子模块数量相同。
4、具体的，第一电路结构的子模块包括并联的第一前级桥臂、第二前级桥臂和电容桥臂，第一前级桥臂的中点和端点引出引线，用于与单相桥臂上相邻的子模块级联，第一前级桥臂的中点和第二前级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器原边连接，电容桥臂上设置有电容；第二电路结构的子模块在第一电路结构的基础上还包括并联的第三前级桥臂，第一前级桥臂的中点和第三前级桥臂的中点引出引线，用于与单相桥臂上相邻的子模块级联，第一前级桥臂的中点和第二前级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器原边连接。
5、具体的，中间级变压器原边分别与各相桥臂上的一个子模块连接，对应的中间级变压器副边与一个整流电路连接。
6、具体的，整流电路包括第一后级桥臂和第二后级桥臂，第一后级桥臂和第二后级桥臂并联，从两个并联点上引出第一连接线和第二连接线，第一后级桥臂的中点和第二后级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器副边连接。
7、具体的，所述第二电压交流端口，包括四个后端桥臂，每个后端桥臂上包括串联的两个开关器件，四个后端桥臂并联，并联点与后中间级连接，每个后端桥臂的中点引出连接线，用于信号交互。
8、本发明还提供一种基于mmc的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，应用本发明提供的基于mmc的固态变压器拓扑，包括：固态变压器拓扑正常工作时，第二前级桥臂中的高频方波调制信号与第一前级桥臂中的相反；固态变压器拓扑发生直流短路故障时，对于第二电路结构的子模块，控制第三前级桥臂中的两个开关器件一个处于导通状态，另一个处于关断状态。
9、具体的，通过单相桥臂的上桥臂和下桥臂之间的基频共模差模调制信号，从而获得上桥臂和下桥臂的基频调制信号；上桥臂的子模块数量与下桥臂的子模块数量相同。
10、具体的，基频调制信号与输入三相桥臂的高频调制信号相加，获得第一前级桥臂中两个开关器件的开关信号；基频调制信号与输入单相桥臂的高频调制信号相减，获得第二前级桥臂中两个开关器件的开关信号。
11、具体的，通过输入三相桥臂的高频方波调制信号的延迟时间，获得整流电路的开关器件的开关信号；
12、通过对第二电流直流端口电压的参考值和实际值做差，根据差值控制子模块和整流电路之间的高频调制信号延迟时间，从而控制中间级的传输功率，延迟时间和传输功率之间满足如下公式：
13、p＝(nv1v2/2fsl)(1-dd)dd，
14、其中，p表示传输功率，n表示中间级变压器的变压比，v1和v2分别表示中间级变压器原边和副边的电压，fs表示开关频率，l表示中间级变压器的漏感，dd表示移相时间与半个(载波)周期之间的比值。
15、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：与传统的dab(dualactive bridge，双有源桥)型mmc-sst拓扑相比，充分利用输入级mmc结构，有效减少了开关管的数目，与半桥型、全桥型拓扑和混合型拓扑相比，使用的开关器件的数目分别减少了1/5和1/3；可以在直流短路故障下实现sst不间断运行，提高了系统的稳定性和可靠性。
1.一种基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，包括：输入级、中间级和输出级，其中：
2.根据权利要求1所述的基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，子模块的电路结构包括第一电路结构和第二电路结构，在同一单相桥臂上，第一电路结构的子模块数量和第二电路结构的子模块数量相同。
3.根据权利要求2所述的基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，第一电路结构的子模块包括并联的第一前级桥臂、第二前级桥臂和电容桥臂，第一前级桥臂的中点和端点引出引线，用于与单相桥臂上相邻的子模块级联，第一前级桥臂的中点和第二前级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器原边连接，电容桥臂上设置有电容；第二电路结构的子模块在第一电路结构的基础上还包括并联的第三前级桥臂，第一前级桥臂的中点和第三前级桥臂的中点引出引线，用于与单相桥臂上相邻的子模块级联，第一前级桥臂的中点和第二前级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器原边连接。
4.根据权利要求1所述的基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，中间级变压器原边分别与各相桥臂上的一个子模块连接，对应的中间级变压器副边与一个整流电路连接。
5.根据权利要求1所述的基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，整流电路包括第一后级桥臂和第二后级桥臂，第一后级桥臂和第二后级桥臂并联，从两个并联点上引出第一连接线和第二连接线，第一后级桥臂的中点和第二后级桥臂的中点引出引线，与中间级变压器副边连接。
6.根据权利要求1所述的基于mmc的固态变压器拓扑，其特征在于，所述第二电压交流端口，包括四个后端桥臂，每个后端桥臂上包括串联的两个开关器件，四个后端桥臂并联，并联点与后中间级连接，每个后端桥臂的中点引出连接线，用于信号交互。
7.一种基于mmc的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，其特征在于，应用根据权利要求3至6任一项所述的基于mmc的固态变压器拓扑，包括：
8.根据权利要求7所述的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，其特征在于，通过单相桥臂的上桥臂和下桥臂之间的基频共模差模调制信号，从而获得上桥臂和下桥臂的基频调制信号；上桥臂的子模块数量与下桥臂的子模块数量相同。
9.根据权利要求8所述的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，其特征在于，基频调制信号与输入三相桥臂的高频调制信号相加，获得第一前级桥臂中两个开关器件的开关信号；基频调制信号与输入单相桥臂的高频调制信号相减，获得第二前级桥臂中两个开关器件的开关信号。
10.根据权利要求9所述的固态变压器拓扑及故障穿越控制方法，其特征在于，通过输入三相桥臂的高频方波调制信号的延迟时间，获得整流电路的开关器件的开关信号；
