具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，本发明公开了一种柔性直流背靠背系统，所述柔性直流背靠背系统包括第一MMC拓扑、DC-DC变换器模块及第二MMC拓扑，所述DC-DC变换器模块的两端分别与第一MMC拓扑、第二MMC拓扑连接，所述第一MMC拓扑和第二MMC拓扑均为具有故障自清除能力的高纹波MMC拓扑。所述MMC是指模块化多电平换流器。本实施例所述的柔性直流背靠背系统具有对称的电路结构，可以实现双向的功率传输，同时可以引出直流端口，适用于高压大容量的场合。

本实施例所述的第一MMC拓扑及第二MMC拓扑还分别通过线路1与线路2与母线连接。其中，与第一MMC拓扑连接的母线被命名为第一母线即母线1，与所述第二MMC拓扑连接的母线被命名为第二母线即母线2。其中，所述第一MMC拓扑用于实现第一母线的交流电与所述DC-DC变换器模块的直流电相互转化，所述述第二MMC拓扑用于实现第二母线的交流电与所述DC-DC变换器模块的直流电相互转化。所述DC-DC变换器模块，用于实现所述第一MMC拓扑和第二MMC拓扑之间的电压转化，控制两端交流变电站的功率交换，可以保证负荷均分，提升供电效率和设备利用率。

本实施例所述的柔性直流背靠背系统，和传统的柔性直流背靠背系统相比，取消了联结变压器，采用直流变压器实现电气隔离，可以大幅减小系统重量和降低成本。同时，本实施例所述柔性直流背靠背系统中的第一MMC拓扑和第二MMC拓扑均为具有故障自清除能力的高纹波MMC拓扑，在直流侧或者交流侧发生故障后，开关管可以迅速闭锁，从而快速切除故障点。本实施例所述的柔性直流背靠背系统可以实现交直流故障在us级切断，和传统的柔性直流背靠背系统在ms级切断故障点相比，反应速度更快，系统可靠性更高。

具体的，所述DC-DC变换器模块采用中频隔离的方式，开关频率在1kHz以内。采用基于中频隔离的DC-DC变换器模块，大幅减小直流变压器的模块数量，在保证高压大容量应用的同时，降低系统重量、体积和成本，降低电力电子变压器的体积和重量。

请参照图3，本实施例所述的所述DC-DC变换器模块包括至少一个双有源全桥DC-DC变换器。其中，所述DC-DC变换器模块还可以包括多个所述双有源全桥DC-DC变换器，多个所述双有源全桥DC-DC变换器之间输入串联输出串联。

本实施例所述的具有故障自清除能力的高纹波MMC拓扑包括多个MMC桥臂。本实施例示例性的给出了所述第一MMC拓扑和第二MMC拓扑均由3个MMC桥臂构成。每个所述MMC桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括多个依次串联的MMC子模块SM。本实施例所述的MMC拓扑可以工作在控直流电压模式、控交流电压模式和控功率模式。其中，所述具有故障自清除能力的高纹波MMC拓扑的电容纹波大于10％，可以减小MMC子模块SM的电容用量。

请参照图4，图4示例性的给出了所述MMC子模块SM的第一种拓扑结构，所述MMC子模块SM采用全桥和半桥的混合拓扑。

其中，所述半桥子模块由开关管S9、S10，二极管D9、D10及电容Cd构成。所述开关管S9与所述二极管D9反向并联，所述开关管S10与所述二极管D10反向并联，所述开关管S9与S10串联，再与所述电容Cd并联，构成所述半桥子模块。所述开关管S9与S10串联的连接点与所述电容Cd的一个端点作为半桥子模块的输入输出端。

所述全桥子模块由开关管S11、S12、S13、S14，二极管D11、D12、D13、D14及电容Cd构成。所述开关管S11与所述二极管D11反向并联，所述开关管S12与所述二极管D12反向并联，所述开关管S13与所述二极管D13反向并联，所述开关管S14与所述二极管D14反向并联。所述开关管S11与S12串联、所述开关管S13与S14串联，构成两个半桥，两个半桥与所述电容Cd并联，构成所述全桥子模块。所述开关管S11与S12串联的连接点和所述开关管S13与S14串联的连接点作为全桥子模块的输入输出端。

请参照图5，图5示例性的给出了所述MMC子模块SM的第二种拓扑结构，所述MMC子模块SM采用箝位双子模块拓扑。

其中，所述箝位双子模块拓扑包括开关管S15、S16、S17、S18、S19，电容Cd1、Cd2及附加二极管D1和D2，所述开关管S15、S16、S17、S18、S19分别反向串联一个二极管。

所述开关管S15与S16串联，然后与电容Cd1并联。开关管S15、S16与电容Cd1作为一个整体，与二极管D1串联，构成第一分支。具体的，所述电容Cd1的第二端与所述二极管D1的阳极连接。

所述开关管S17与S18串联，然后与电容Cd2并联。所述开关管S17、S18与电容Cd2作为一个整体，与二极管D2串联，构成第二分支。具体的，所述电容Cd2的第一端与二极管D2的阴极相连。

所述第一分支、第二分支与所述开关管S19三者并联。具体的，所述电容Cd1的第一端与所述开关管S19的第一极、所述二极管D2的阳极相连，所述二极管D1的阴极与开关管S19的第二极、电容Cd2的第二端相连。

所述开关管S15与S16串联的连接点与开关管S17与S18串联的连接点作为箝位双子模块拓扑的输入输出端。

请参照图6，图6示例性的给出了所述MMC子模块SM的第三种拓扑结构，所述MMC子模块SM采用交叉箝位子模块拓扑。

其中，所述交叉箝位子模块拓扑包括开关管S20、S21、S22及S23，二级管D15、D16，集成门极换流晶闸管(IGCT)S24和电容Cd3、Cd4，所述开关管S20、S21、S22及S23分别反向串联一个二极管。

其中，所述开关管S20和S21串联，然后与所述电容Cd3并联，所述开关管S22和所述开关管S23串联，然后与所述电容Cd4并联。

所述二极管D15的第一极与所述电容Cd3的第一端、二极管D16的第一极连接，所述二极管D15的第二极与所述电容Cd3的第二端连接。

所述二极管D16的第一极还与所述IGCT S24的第二极、电容Cd4的第一端连接，所述二极管D16的第二极与所述IGCT S24的第一极、电容Cd4的第二端连接。

所述开关管S20与S21串联的连接点与开关管S22与S23串联的连接点作为交叉箝位子模块拓扑的输入输出端。

请参照图7，图7示例性的给出了所述双有源全桥DC-DC变换器的一种拓扑结构，所述双有源全桥DC-DC变换器包括输入侧全桥电路、变压器和输出侧全桥电路，所述变压器连接所述输入侧全桥电路和所述输出侧全桥电路，所述输入侧全桥电路与所述变压器之间还串联了电感L。本实施例所述的双有源全桥DC-DC变换器可以工作在控直流电压模式和控功率模式。

所述输入侧全桥电路包括四个开关管S1、S2、S3、S4，所述开关管S1、S2、S3、S4分别反向并联二极管；所述第一开关管S1与所述第二开关管S2串联，构成第一半桥电路；所述第四开关管S4和所述第三开关管S3串联，构成第二半桥电路；所述第一半桥电路与第二半桥电路并联，构成输入侧全桥电路。具体的，输入侧全桥电路还包括第一电容C1，所述第一电容C1与所述第一半桥电路、第二半桥电路并联。

其中，从所述第一半桥电路、第二半桥电路的两个连接点引出所述输入侧全桥电路的输入端，所述输入侧全桥电路的输入端与所述第一MMC拓扑连接。从所述第一开关管S1与所述第二开关管S2的连接点及所述第四开关管S4和所述第三开关管S3的连接点引出所述输入侧全桥电路的输出端。所述输入侧全桥电路的输出端与变压器的原边连接。

所述输出侧全桥电路包括四个开关管S5、S6、S7及S8，所述四个开关管S5、S6、S7及S8分别反向并联二极管。所述第五开关管S5与所述第六开关管S6串联，构成第三半桥电路；所述第八开关管S8与所述第七开关管S7串联,构成第四半桥电路；所述第三半桥电路与所述第四半桥电路并联，构成输出侧全桥电路。具体的，所述输出侧全桥电路还包括第二电容C2，所述第二电容C2与所述第三半桥电路、第四半桥电路并联。

其中，从所述第三半桥电路、第四半桥电路的两个连接点引出所述输出侧全桥电路的输出端，所述输出侧全桥电路的输出端与所述第二MMC拓扑连接。

从所述第五开关管S5与所述第六开关管S6的连接点及所述第八开关管S8和所述第七开关管S7的连接点引出所述输出侧全桥电路的输入端。所述输出侧全桥电路的输入端与变压器的副边连接。

本实施例还给上述柔性直流背靠背系统的运行方法，本实施例所述的MMC拓扑可以工作在控直流电压模式、控交流电压模式和控功率模式；DC-DC变换器模块可以工作在控直流电压模式和控功率模式，所述运行方法包括：

背靠背模式，所述第一MMC拓扑及第二MMC拓扑均工作在控直流电压模式，所述DC-DC变换器模块控制第一MMC拓扑连接的变电站与第二MMC拓扑连接的变电站之间的功率交换；

不间断供电模式，第二MMC拓扑工作在控直流电压模式，所述DC-DC变换器模块工作在直流电压模式控制第一MMC拓扑侧直流电压，第一MMC拓扑工作在控交流电压模式、给与第一MMC拓扑连接的交流母线馈线上的负荷供电；

STATCOM模式，所述第一MMC拓扑与所述第二MMC拓扑均独立工作在STATCOM运行模式。

需要说明的是，所述第一MMC拓扑与所述第二MMC拓扑可以相互替换，因此，所述不间断供电模式还可以是，第一MMC拓扑工作在控直流电压模式，所述DC-DC变换器模块工作在直流电压模式控制第二MMC拓扑侧直流电压，第二MMC拓扑工作在控交流电压模式、给与第二MMC拓扑连接的交流母线馈线上的负荷供电。

其中，所述STATCOM模式还包括：

所述第一MMC拓扑闭锁，所述第二MMC拓扑工作在STATCOM运行模式。

本实施例所述柔性直流背靠背系统的运行方法具有多种运行模式，包括背靠背模式，不间断供电模式，即UPS供电模式以及STATCOM模式，对于交流系统而言具有良好的冗余性能，可以有效地提高交流系统的可靠性。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。