CN107658842A - 基于mmc子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于MMC‑HVDC***直流侧继电保护技术领域，尤其涉及一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法。所述***包括顺序相连的MMC‑HVDC***换流器、数据读入模块、逻辑判断模块和保护动作模块；其中MMC‑HVDC***换流器由MMC子模块和附加电阻模块组成，附加电阻模块由反并联IGBT与附加电阻并联后串联在直流侧线路上；MMC子模块在多个串联晶闸管之间加装一个阻容吸收装置，并在子模块中添加一组反并联的IGBT和二极管。所述方法包括采集数据、低压过电流保护逻辑判断以及故障电流衰减判断，该发明有效解决了双晶闸管法在清除MMC‑HVDC***直流侧故障时导致晶闸管意外导通、二极管损坏，且故障隔离时间长导致***安全稳定性降低的问题。

Description

基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法
技术领域
本发明属于MMC-HVDC***直流侧继电保护技术领域，尤其涉及一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法。
背景技术
基于半桥子模块的MMC拓扑结构在受到来自直流侧故障的严重冲击时难以快速处理,从而对交直流两侧***造成严重冲击。因此，妥善处理直流线路故障是工程界与学术界亟待解决的关键问题。
目前，针对具有直流故障隔离能力的换流器拓扑开展相关研究，最具代表性的主要有两种类型：第一种以全桥子模块和钳位双子模块为代表，在直流线路发生故障后，将子模块电容反极性地投入故障通路中，从而消除故障电流。第二种主要以双晶闸管法为代表，在直流线路发生故障后，为避免出现不可控整流桥，通过开通反并联双晶闸管，人为构造桥臂通路，切断交流侧电源向直流线路馈入的短路电流，实现故障消除。与第一类基于换流器的故障隔离方法相比，双晶闸管法在投资成本、附加功率损耗、控制复杂性等方面均具有较大优势。
然而双晶闸管法仍然存在一些缺点，其一是在***正常运行时，晶闸管将承受由IGBT投切子模块电容引起的高正向电压变化率，可能引起晶闸管的意外导通。其二是闭锁换流器并导通子模块双晶闸管后，二极管须分担短路电流，仍有损坏的可能。其三是时间常数过大时，直流线路故障电流衰减慢，不利于故障隔离和***安全稳定。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法，以解决双晶闸管法在清除MMC-HVDC***直流侧故障时导致晶闸管意外导通、二极管损坏，且故障隔离时间长导致***安全稳定性降低的问题。
一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***，包括：
顺序相连的MMC-HVDC***换流器、数据读入模块、逻辑判断模块和保护动作模块；
所述MMC-HVDC***换流器由连接在桥臂上的MMC子模块和串联在直流侧线路的附加电阻模块组成；其中，每个MMC子模块均配置反并联的双晶闸管S1、S2，在与晶闸管S1反并联的多个串联的晶闸管S2之间并联一个阻容吸收装置，所述阻容吸收装置由电阻Rn和电容Cn串联组成，用于抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率导致晶闸管S2误导通；在子模块的IGBT2和二极管D2的一端反向串联一组反并联的IGBT3和二极管D3，用于阻断短路电流在二极管D2上的通路，保护二极管D2不受损坏；所述附加电阻模块由一组反并联的IGBT与附加电阻Radd并联组成，用于加速直流故障电流衰减；
所述数据读入模块用于采集MMC-HVDC***换流器的直流侧电流、电压信号，并发送至逻辑判断模块；
所述逻辑判断模块根据采集的直流侧故障电流、电压信号，进行低压过电流保护逻辑判断，并将得到的故障信息发送至保护动作模块；
所述保护动作模块根据故障信息，向相应的换流器和断路器发送闭锁信号。
所述MMC-HVDC***换流器的工作方法为：
MMC-HVDC***正常运行时，MMC子模块中的IGBT3始终处于导通状态，反并联双晶闸管S1、S2始终处于闭锁状态；附加电阻模块中的反并联IGBT处于导通状态，附加电阻Radd被短路；
直流侧发生故障时，关断MMC子模块中的IGBT3，阻断短路电流在续流二极管D2上的通路，以保护二极管不受损坏；同时，阻容吸收装置利用电容两端电压不能突变的特性，抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率，防止反并联的晶闸管S2误导通；关断附加电阻模块中的反并联IGBT，附加电阻Radd接入故障回路，加速直流故障电流衰减。
一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法，包括以下步骤：
步骤1：采集数据，包括直流侧正、负极输电线路测量电压信号，直流侧正、负极输电线路测量电流信号；
步骤2：根据采集的数据进行低压过电流保护逻辑判断，若判定直流侧发生故障，则低压过电流保护动作并向相应换流站发送闭锁信号；
步骤3：换流站收到闭锁信号后，迅速闭锁换流器各桥臂子模块，将附加电阻Radd投入放电回路中，触发子模块中反并联双晶闸管，使短路电流进入衰减阶段；
步骤4：判断故障电流是否衰减完毕，若判定故障电流衰减完毕，重新开放换流器，闭锁子模块上的反并联双晶闸管，以及闭锁直流线路上的IGBT，使附加电阻Radd处于回路，避免永久性故障造成过大冲击；
步骤5：返回步骤2重新进行低压过电流保护逻辑判断，若低压过电流保护动作，则迅速向换流器发送闭锁信号，再次闭锁子模块，并向断路器发送跳闸信号，若保护不动作，则***恢复正常运行，退出附加电阻Radd。
所述低压过电流保护逻辑判断的判定方法为：
当直流侧正、负极输电线路测量电压之差绝对值小于低电压保护整定值，同时直流侧输电线路正极或负极测量电流绝对值大于过电流保护整定值，则判定为直流侧发生故障。
所述判断故障电流是否衰减完毕的判定依据为：当直流侧输电正、负极线路的测量电流均小于电流衰减整定值时，则判定为故障电流衰减完毕。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法有效解决了双晶闸管法在清除MMC-HVDC***直流侧故障时导致晶闸管意外导通、二极管损坏，且故障隔离时间长导致***安全稳定性降低的问题。具体包括：
1)本发明提出的MMC子模块可有效避免晶闸管误导通引发***故障的危险，同时可阻断短路电流在续流二极管上的通路，保护二极管不受损坏。
2)本发明提出的阻容吸收装置，利用电容两端电压不能突变的特性，抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率，可有效防止晶闸管S2误导通，且不影响MMC-HVDC***正常运行。
3)本发明在直流侧线路上串联的附加电阻模块，当***直流侧故障时，将附加电阻接入故障回路，可加速直流故障电流衰减，进而解决了由于故障隔离时间长导致***安全稳定性降低的问题。
附图说明
附图1为基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***结构示意图；
附图2为MMC-HVDC***换流器拓扑图；
附图3为MMC子模块拓扑图；(摘要附图)
附图4为基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法流程图；
附图5为实施例1中MMC-HVDC仿真***示意图；
附图6为实施例1中晶闸管S2承受电压变化率仿真结果；
附图7为实施例1中子模块投切电压变化仿真结果；
附图8a为实施例1中故障距离x＝0的瞬时故障短路电流仿真结果；
附图8b为实施例1中故障距离x＝50的瞬时故障短路电流仿真结果；
附图8c为实施例1中故障距离x＝150的瞬时故障短路电流仿真结果；
附图9a为实施例1中故障距离x＝0的瞬时故障电容电压仿真结果；
附图9b为实施例1中故障距离x＝50的瞬时故障电容电压仿真结果；
附图9c为实施例1中故障距离x＝150的瞬时故障电容电压仿真结果；
附图10a为实施例1中故障距离x＝0的永久故障短路电流仿真结果；
附图10b为实施例1中故障距离x＝50的永久故障短路电流仿真结果；
附图10c为实施例1中故障距离x＝150的永久故障短路电流仿真结果；
附图11a为实施例1中故障距离x＝0的永久故障电容电压仿真结果；
附图11b为实施例1中故障距离x＝50的永久故障电容电压仿真结果；
附图11c为实施例1中故障距离x＝150的永久故障电容电压仿真结果；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
为解决双晶闸管法在清除MMC-HVDC***直流侧故障时导致晶闸管意外导通、二极管损坏，且故障隔离时间长导致***安全稳定性降低的问题，本发明提出一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***，所述直流侧故障保护***的结构示意图如图1所示，包括顺序相连的MMC-HVDC***换流器、数据读入模块、逻辑判断模块和保护动作模块；数据读入模块首先将采集的MMC-HVDC***换流器的直流侧电流、电压信号发送至逻辑判断模块，逻辑判断模块根据采集的直流侧故障电流、电压信号，经换流器出口的低压过电流保护逻辑判断，得到故障信息，并将故障信息发送至保护动作模块；保护动作模块根据故障信息，向相应的换流器发送闭锁信号，并向相应的断路器发送闭锁信号；
附图2为MMC-HVDC***换流器拓扑图，如图2所示，所述MMC-HVDC***换流器由连接在桥臂上的MMC子模块和串联在直流侧线路的附加电阻模块组成；由于电流衰减时间常数τ直接影响故障隔离和***安全稳定，电流衰减时间常数τ越大，直流线路故障电流衰减越慢，清除故障时对***过流冲击时间越长，越不利于交流***的安全和保护配置。而通过增大故障后回路电阻或减小故障后回路电感的方法可减小时间常数τ。因此，本发明在直流侧线路上串联一个由反并联IGBT与附加电阻Radd并联组成的附加电阻模块，***正常运行时，反并联的IGBT处于导通状态，并联电阻Radd被短路，因此不会增加***运行损耗，***直流侧故障后反并联的IGBT关断，并联电阻Radd接入故障回路，加速直流故障电流衰减。
附图3为MMC子模块拓扑图，如图3所示，每个MMC子模块均配置反并联的双晶闸管S1、S2(方便起见，将与S1反并联的晶闸管统称为S2)，在与晶闸管S1反并联的多个串联的晶闸管S2之间并联一个阻容吸收装置，所述阻容吸收装置由电阻Rn和电容Cn串联组成，用于抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率导致晶闸管S2误导通；在子模块的IGBT2和二极管D2的一端反向串联一组反并联的IGBT3和二极管D3，用于阻断短路电流在二极管D2上的通路，保护二极管D2不受损坏；所述附加电阻模块由一组反并联的IGBT与附加电阻Radd并联组成，用于加速直流故障电流衰减；
当MMC-HVDC***正常运行时，IGBT3始终处于导通状态，晶闸管S1、反并联的晶闸管统S2始终处于闭锁状态，电流的流通路径如图1所示。当直流侧发生故障需闭锁子模块时，关断IGBT3的触发信号，即可阻断短路电流在续流二极管D2上的通路，保护二极管不受损坏。阻容吸收装置利用电容两端电压不能突变的特性，抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率du/dt，即使du/dt使上半部分的晶闸管误导通，并联电容仍可有效保护下半部分晶闸管不受影响，因此可有效防止晶闸管S2误导通，且不影响MMC-HVDC***正常运行。
附图4为基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法流程图，如图4所示，所述方法包括：
步骤1：采集数据，包括直流侧正、负极输电线路测量电压信号，直流侧正、负极输电线路测量电流信号；
步骤2：当直流侧故障发生后，安装于换流站出口的低压过电流保护检测到直流侧故障电流升高及电压降落后，动作并发出换流站闭锁信号，其动作方程为：
式中：UdP、UdN分别是直流侧正、负极输电线路的测量电压，IdP、IdN分别是直流侧输电正、负极线路的测量电流，Uset、Iset1分别是低电压、过电流保护整定值；
步骤3：根据故障信息，若判定直流侧发生故障，向相应换流站发送闭锁信号，换流站收到闭锁信号，迅速闭锁各桥臂子模块，将子模块电容旁路，同时闭锁各子模块中的IGBT3，阻断短路电流在二极管D2中流通路径。闭锁直流线路上的IGBT，使附加电阻Radd投入放电回路中，触发子模块中反并联双晶闸管，使短路电流进入衰减阶段，判断故障电流是否衰减完毕，其判据为：
|IdP|and|IdN|＜Iset2 (2)
式中Iset2为电流衰减整定值；
步骤4：当直流侧测量电流满足式(2)时，重新开放MMC-HVDC换流器，闭锁子模块上的反并联双晶闸管，同时保持直流线路上IGBT闭锁，使附加电阻Radd仍处于回路，避免永久性故障造成过大冲击；
步骤5：重新进行低压过电流保护逻辑判断，若低压过电流保护动作，并迅速向换流器发送闭锁信号，再次闭锁子模块，并向断路器发送跳闸信号，若低压过电流保护未再次动作，则证明故障已消失，可退出直流线路上的附加电阻。
实施例1
为验证基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法的有效性，本实施例在RTDS平台上搭建MMC-HVDC***仿真模型进行仿真验证，采用如图5所示的MMC-HVDC***仿真模型分别进行晶闸管S2承受正向电压变化率仿真，故障位置距离换流站出口0km、50km、150km瞬时性故障仿真,故障位置距离换流站出口0km、50km、150km永久性故障仿真。
(1)当***正常运行时，对子模块拓扑中的晶闸管S2所承受的电压变化率仿真结果如图6所示，投切子模块电容时引起的高正向电压变化率进行仿真结果如图7所示，对比图6和7可知，在子模块拓扑中，晶闸管S2承受的电压变化率的数量级为10-3，远小于投切子模块电容时引起的高正向电压变化率，由此可见，本发明可避免***正常运行时晶闸管S2因承受高正向电压变化率被误导通的危险。
(2)当***发生瞬时性故障时，假设直流线路在t＝3s时发生瞬时性故障，故障位置为距离换流站出口xkm处。故障发生后，故障距离分别为0km、50km、150km时的瞬时故障短路电流仿真结果如图8a～8c所示，故障距离分别为0km、50km、150km时的瞬时故障电容电压仿真结果如图9a～9c所示，整个过程可分为3个阶段：
(I)故障电流上升阶段
从故障发生时刻到换流站闭锁时刻是故障电流上升阶段，即图8a～8c中t1-t2时段，整个过程大约持续10ms。在该阶段，故障电流按照二阶振荡电路电容的放电电流的变化规律上升，不同的故障距离对应不同的故障电流最大值：故障距离越远，故障电流最大值越小；故障距离越近，故障电流最大值越大。同时，各个子模块的电容电压自额定电压迅速降落，如图9a～9c中t1-t2时段所示。
(II)故障电流清除阶段
故障发生后，过电流低电压保护迅速启动，向换流站发出闭锁信号，进入故障电流清除阶段，即图8a～8c中t2-t3时段。在子模块拓扑的作用下，换流站闭锁后，交流侧***馈入的电流以各子模块中的双晶闸管为通路，在桥臂中流动，消除了二极管不可控整流桥效应，有助于直流线路中的故障电流清除。同时，二极管D2不再分担短路电流，避免了损坏的可能。由图8a～8c可知，故障电流按照一阶动态电路中电流变化规律衰减至零，衰减时间为几十毫秒，衰减快慢取决于整个回路中的总电阻值，附加的串联电阻Radd越大，衰减时间常数越小，越有利于***安全稳定。如图9a～9c中t2-t3时段所示，在该阶段，换流站闭锁后各子模块电容处于旁路状态，不再向故障点放电，其电压保持不变。
(III)故障恢复阶段
当检测到直流侧故障电流衰减为零后，重新开放换流器并将各子模块中的双晶闸闭锁，即图8a～8c中t3-t4时段。对于瞬时性故障，直流侧故障电流衰减为零后故障点已消失，短路电流未再出现。如图9a～9c中t3-t4时段所示，由于故障后换流站快速闭锁，各子模块电容电压仍保持较高水平，重新开放换流站后，电容电压在几十毫秒内即可上升至额定水平，MMC-HVDC***可迅速恢复运行，提高了***可用率。
(3)当***发生永久性故障时，设直流线路在t＝3s时发生永久性故障，故障位置为距离换流站出口xkm处。故障发生后，故障距离分别为0km、50km、150km时的永久故障短路电流仿真结果如图10a～10c所示，故障距离分别为0km、50km、150km时的永久故障电容电压仿真结果如图11a～11c所示，整个过程同样可分为故障电流上升、故障电流清除和故障恢复三个阶段，其中故障电流上升阶段和故障电流清除阶段与瞬时性故障类似，此处不再赘述。不同之处在于故障恢复阶段，如图10a～10c中t3-t4时段所示，当检测到直流侧故障电流衰减为零后，重新开放换流器并将各子模块中的双晶闸管闭锁。如11a～11c中t3-t4时段所示，对于永久性故障，重新开放换流器后故障点仍存在，因此故障电流将再次出现，各子模块电容电压进一步降低。但由于开放换流器后未将附加电阻Radd切除，因此重合于永久性故障时的短路电流的二次冲击并不大，如图10a～10c中t4-t5时段所示。当过电流、欠电压保护再次监测到故障后，迅速闭锁换流器，故障电流将逐渐衰减。为进一步确保***安全，断开交流侧断路器，将直流***隔离。
验证结果表明，本发明提出的一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***及方法能避免晶闸管误导通引发***故障的危险，同时可阻断短路电流在续流二极管上的通路，保护二极管不受损坏。对于瞬时性故障，由于子模块电容电压在重新开放换流站后仍保持较高水平，因此故障后MMC-HVDC***能够迅速恢复运行。对于永久性故障，开放换流站后并未将附加电阻切除，因此重合于永久性故障时短路电流对***二次冲击不大，仍可通过迅速闭锁换流站，断开交流断路器，隔离故障。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***，其特征在于，包括：
顺序相连的MMC-HVDC***换流器、数据读入模块、逻辑判断模块和保护动作模块；
所述MMC-HVDC***换流器由连接在桥臂上的MMC子模块和串联在直流侧线路的附加电阻模块组成；其中，每个MMC子模块均配置反并联的双晶闸管S1、S2，在与晶闸管S1反并联的多个串联的晶闸管S2之间并联一个阻容吸收装置，所述阻容吸收装置由电阻Rn和电容Cn串联组成，用于抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率导致晶闸管S2误导通；在子模块的IGBT2和二极管D2的一端反向串联一组反并联的IGBT3和二极管D3，用于阻断短路电流在二极管D2上的通路，保护二极管D2不受损坏；所述附加电阻模块由一组反并联的IGBT与附加电阻Radd并联组成，用于加速直流故障电流衰减；
所述数据读入模块用于采集MMC-HVDC***换流器的直流侧电流、电压信号，并发送至逻辑判断模块；
所述逻辑判断模块根据采集的直流侧故障电流、电压信号，进行低压过电流保护逻辑判断，并将得到的故障信息发送至保护动作模块；
所述保护动作模块根据故障信息，向相应的换流器和断路器发送闭锁信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护***，其特征在于，所述MMC-HVDC***换流器的工作方法为：
MMC-HVDC***正常运行时，MMC子模块中的IGBT3始终处于导通状态，反并联双晶闸管S1、S2始终处于闭锁状态；附加电阻模块中的反并联IGBT处于导通状态，附加电阻Radd被短路；
直流侧发生故障时，关断MMC子模块中的IGBT3，阻断短路电流在续流二极管D2上的通路，以保护二极管不受损坏；同时，阻容吸收装置利用电容两端电压不能突变的特性，抑制子模块投切时产生的高正向电压变化率，防止反并联的晶闸管S2误导通；关断附加电阻模块中的反并联IGBT，附加电阻Radd接入故障回路，加速直流故障电流衰减。
3.一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集数据，包括直流侧正、负极输电线路测量电压信号，直流侧正、负极输电线路测量电流信号；
步骤2：根据采集的数据进行低压过电流保护逻辑判断，若判定直流侧发生故障，则低压过电流保护动作并向相应换流站发送闭锁信号；
步骤3：换流站收到闭锁信号后，迅速闭锁换流器各桥臂子模块，将附加电阻Radd投入放电回路中，触发子模块中反并联双晶闸管，使短路电流进入衰减阶段；
步骤4：判断故障电流是否衰减完毕，若判定故障电流衰减完毕，重新开放换流器，闭锁子模块上的反并联双晶闸管，以及闭锁直流线路上的IGBT，使附加电阻Radd处于回路，避免永久性故障造成过大冲击；
步骤5：返回步骤2重新进行低压过电流保护逻辑判断，若低压过电流保护动作，则迅速向换流器发送闭锁信号，再次闭锁子模块，并向断路器发送跳闸信号，若保护不动作，则***恢复正常运行，退出附加电阻Radd。
4.根据权利要求3所述的一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法，其特征在于，所述低压过电流保护逻辑判断的判定方法为：
当直流侧正、负极输电线路测量电压之差绝对值小于低电压保护整定值，同时直流侧输电线路正极或负极测量电流绝对值大于过电流保护整定值，则判定为直流侧发生故障。
5.根据权利要求3所述的一种基于MMC子模块拓扑的直流侧故障保护方法，其特征在于，所述判断故障电流是否衰减完毕的判定依据为：当直流侧输电正、负极线路的测量电流均小于电流衰减整定值时，则判定为故障电流衰减完毕。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108448542A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 许继集团有限公司 具有交直流故障清除能力的子模块结构及mmc拓扑结构
CN113904573A (zh) * 2021-10-13 2022-01-07 山东大学 一种半桥改进型mmc子模块拓扑结构及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074689A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Siemens Aktiengesellschaft A high voltage converter circuit equipped with a voltage monitoring device
CN104953571A (zh) * 2015-07-03 2015-09-30 天津大学 具有直流故障清除能力的模块化多电平换流器改进结构
CN106058824A (zh) * 2016-05-26 2016-10-26 华北电力大学 一种具备直流故障清除能力的mmc拓扑
CN206211517U (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 国网浙江临海市供电公司 一种晶闸管整流器的过压保护***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074689A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Siemens Aktiengesellschaft A high voltage converter circuit equipped with a voltage monitoring device
CN104953571A (zh) * 2015-07-03 2015-09-30 天津大学 具有直流故障清除能力的模块化多电平换流器改进结构
CN106058824A (zh) * 2016-05-26 2016-10-26 华北电力大学 一种具备直流故障清除能力的mmc拓扑
CN206211517U (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 国网浙江临海市供电公司 一种晶闸管整流器的过压保护***

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108448542A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 许继集团有限公司 具有交直流故障清除能力的子模块结构及mmc拓扑结构
CN113904573A (zh) * 2021-10-13 2022-01-07 山东大学 一种半桥改进型mmc子模块拓扑结构及其控制方法
CN113904573B (zh) * 2021-10-13 2023-10-27 山东大学 一种半桥改进型mmc子模块拓扑结构及其控制方法

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