CN108631633A - 一种基于mmc的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，包含：第一半桥子模块，设有第一开关单元、第二开关单元和第一电容；第一开关单元与第二开关单元正向串联后，再与第一电容并联；第二半桥子模块，设有第三开关单元、第四开关单元和第二电容；第三开关单元与第四开关单元正向串联后，再与第二电容并联；第一电容和第二电容的参数不同；第五开关单元，第一半桥子模块与第五开关单元反向串联后，再与第二半桥子模块正向串联；第六二极管的一端与第一半桥子模块连接，另一端与第二半桥子模块连接。本发明可输出更多的电平数，在同一电平数要求下，可减少IGBT、电容及二极管的数量，减少运行成本和器件损耗，极大地节约成本。

Description

一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构
技术领域
本发明涉及MMC(模块化多电平换流器)领域，特别涉及一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构。
背景技术
传统交流或常规直流大规模集中接入电网调峰和调度问题不能很好地解决。基于两电平和三电平电压源换流器由于电平数较少，输出电压波形较差，必须采用高频PWM技术改善输出波形，这种方式不仅需要安装高要求的开关器件和大量滤波器，在输电过程中损耗也比较大。
而采用MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)的柔性直流输电***引入了模块化设计理念，对于高电压大容量的MMC，采用的级联子模块数目很多，并且可以通过增减子模块数目来控制电平数，输出的电压阶梯波非常接近正弦波，波形质量高，无需安装滤波器。MMC采用阶梯波逼近技术，大大减少了开关频率造成的损耗。由于MMC的子模块冗余特性，提高了换流器的稳定性。
MMC子模块的基本拓扑结构有三种：半桥子模块、全桥子模块和箝位双子模块，而传统的拓扑结构与本发明的混合电容电压型双子模块串联拓扑在输出同样电平数的情况下，传统的拓扑结构所需的IGBT数量，电容数量，二极管数量较多，器件损耗较大，则本发明提出一种混合电容电压型双子模块串联拓扑，在双子模块串联拓扑上进行进一步改进，所需的IGBT数量，电容数量，二极管数量都大大减少，器件损耗降低，在经济方面可以极大的节约成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，在双子模块串联拓扑上进行进一步改进，将两个半桥子模块的第一电容，第二电容设置不同参数，使得子模块输出电平数增多，在输出相同电平数的情况下，该混合电容电压型双子模块串联拓扑所需的IGBT数量，电容数量，二极管数量都大大减少，器件损耗降低，在经济方面可以极大的节约成本。该结构可以有效地减少器件的制造成本，减少器件损耗。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，包含：
第一半桥子模块，其设置有第一开关单元、第二开关单元和第一电容；所述第一开关单元与所述第二开关单元正向串联后，再与所述第一电容并联；
第二半桥子模块，其设置有第三开关单元、第四开关单元和第二电容；所述第三开关单元与所述第四开关单元正向串联后，再与所述第二电容并联；所述第一电容和所述第二电容的参数不同；
第五开关单元，所述第一半桥子模块与所述第五开关单元反向串联后，再与所述第二半桥子模块正向串联；
第六二极管，其一端与所述第一半桥子模块连接，另一端与所述第二半桥子模块连接。
优选地，所述第一开关单元包括第一IGBT管和第一二极管；所述第一IGBT管与所述第一二极管反并联，所述第一二极管的负极与所述第一IGBT管的集电极相连，所述第一二极管的正极与所述第一IGBT管的发射极相连；
所述第二开关单元包括第二IGBT管和第二二极管；所述第二IGBT管与所述第二二极管反并联，所述第二二极管的负极与所述第二IGBT管的集电极相连，所述第二二极管的正极与所述第二IGBT管的发射极相连；
所述第一IGBT管的发射极与所述第二IGBT管的集电极相连，第一电容的正极与所述第一二极管的负极相连，第一电容的负极与所述第二二极管的正极相连。
优选地，所述第三开关单元包括第三IGBT管和第三二极管；所述第三IGBT管与所述第三二极管反并联，所述第三二极管的负极与所述第三IGBT管的集电极相连，所述第三二极管的正极与所述第三IGBT管的发射极相连；
所述第四开关单元包括第四IGBT管和第四二极管，所述第四IGBT管与所述第四二极管反并联，所述第四二极管的负极与所述第四IGBT管的集电极相连，所述第四二极管的正极与所述第四IGBT管的发射极相连；
所述第三IGBT管的发射极与所述第四IGBT管的集电极相连，所述第二电容的正极与所述第三二极管的负极相连，所述第二电容的负极与所述第四二极管的正极相连。
优选地，所述第五开关单元包括第五IGBT管和第五二极管，所述第五IGBT管与所述第五二极管反并联，所述第五二极管的负极与所述第五IGBT管的集电极相连，所述第五二极管的正极与所述第五IGBT管的发射极相连；
所述第二IGBT管的发射极和所述第五IGBT管的发射极相连，所述第五IGBT管的集电极与所述第三IGBT管的集电极相连。
优选地，所述第六二极管的正极与所述第四IGBT管的发射极相连，所述第六二极管的负极与所述第一IGBT管的集电极相连。
优选地，所述第一半桥子模块和所述第二半桥子模块的中点为MMC子模块的输出点；
所述第一电容的电容参考值设为C，所述第一电容的电容电压参考值为0.5UC；所述第二电容的电容参考值为0.5C，所述第二电容的电容电压参考值为UC。
优选地，基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构包含四种工作状态，分别为第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态；
其中，第一工作状态时，第一开关单元和第四开关单元关断，第二开关单元和第三开关单元导通；第一工作状态时，第一电容和第二电容均被旁路，子模块对外电压为零；
第二工作状态时，第二开关单元和第四开关单元关断，第一开关单元和第三开关单元导通；第二工作状态时，第一电容串联到电路中，第二电容被旁路，子模块对外电压为0.5UC；
第三工作状态时，第一开关单元和第三开关单元关断，第二开关单元和第四开关单元导通；第三工作状态时，第二电容串联到电路中，第一电容被旁路，子模块对外电压为UC；
第四工作状态时，第二开关单元和第三开关单元关断，第一开关单元和第四开关单元导通；第四工作状态时，第一电容和第二电容均被串联到电路中，子模块对外电压为1.5UC。
优选地，所述第一工作状态包含第一工作模式和第五工作模式；其中，所述第一工作模式中包含：当电流从第一半桥子模块的中点进入子模块，流经第二开关单元、第五开关单元、第三开关单元并且从第二半桥子模块的中点流出；所述第五工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入子模块，流经第三开关单元、第五开关单元、第二开关单元并且从第一半桥子模块的中点流出；
所述第二工作状态包含第二工作模式和第六工作模式；其中，第二工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第一开关单元、第一电容、第五开关单元和第三开关单元，从第二半桥子模块的中点流出，对第一电容进行充电；所述第六工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第三开关单元、第五开关单元、第一电容和第一开关单元，从第一半桥子模块的中点流出，第一电容放电；
所述第三工作状态包含第三工作模式和第七工作模式；其中，所述第三工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第二开关单元、第五开关单元、第二电容和第四开关单元，从第二半桥子模块的中点流出，对第二电容进行充电；所述第七工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第四开关单元、第二电容、第五开关单元和第二开关单元，从第一半桥子模块的中点流出，第二电容放电；
所述第四工作状态包含第四工作模式和第八工作模式；其中，所述第四工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第一开关单元、第一电容、第五开关单元、第二电容和第四开关单元，从第二半桥子模块的中点流出，对第一电容和第二电容进行充电；所述第六工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第四开关单元、第二电容、第五开关单元、第一电容和第一开关单元，从第一半桥子模块的中点流出，第一电容和第二电容放电。
优选地，基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构为单相七电平MMC拓扑结构；所述单相七电平MMC拓扑结构设有上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括第一子模块、第二子模块和上桥臂电感，所述下桥臂包括第三子模块、第四子模块和下桥臂电感；
其中，第一子模块、第二子模块、上桥臂电感、第三子模块、第四子模块和下桥臂电感依次串联，并与直流电压源相连，构成回路。
优选地，上桥臂电压为第一子模块电压和第二子模块电压之和，下桥臂电压为第三子模块电压和第四子模块电压之和。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在双子模块串联拓扑结构基础上进行改进，设置混合型电容，通过设置不同的电容参数，将能够使得每个双子模块串联拓扑结构输出更多的电平数，例如将两个半桥子模块的第一电容、第二电容设置不同参数，使得子模块输出电平数增多，因此，在MMC工况运行过程中，在同一电平数要求的情况下，本发明基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构可以减少IGBT数量、电容数量以及二极管数量，减少运行成本和器件损耗，在经济方面可以极大地节约成本。
附图说明
图1本发明实施例中基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构示意图；
图2本发明实施例中基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构的MMC单相主电路拓扑示意图；
图3本发明实施例中基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构的四种工作状态示意图；
图4本发明实施例中单相七电平的基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC交流侧电压示意图；
图5本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的IGBT管使用数量对比图；
图6本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的二极管管使用数量对比图；
图7本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的电容使用数量对比图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
下面分别结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构进行说明。
图1为本发明实施例中一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，包含两个半桥子模块(第一半桥子模块和第二半桥子模块)、第五开关单元T5和第六二极管D。第一半桥子模块与第五开关单元T5反向串联后，再与第二半桥子模块正向串联。
第一半桥子模块包括第一开关单元T1、第二开关单元T2和第一电容C1，第一开关单元T1与第二开关单元T2正向串联后，再与第一电容C1并联。
第二半桥子模块包括第三开关单元T3、第四开关单元T4和第二电容C2，第三开关单元T3与第四开关单元T4正向串联后，再与第二电容C2并联。
第一电容和第二电容的参数设置不同。
其中，第一开关单元T1包括第一IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和第一二极管，第一IGBT管与第一二极管反并联，第一二极管的负极与第一IGBT管的集电极相连，第一二极管的正极与第一IGBT管的发射极相连。第二开关单元T2包括第二IGBT管和第二二极管，第二IGBT管与第二二极管反并联，第二二极管的负极与第二IGBT管的集电极相连，第二二极管的正极与第二IGBT管的发射极相连。第一IGBT管的发射极与第二IGBT管的集电极相连，第一电容C1的正极与第一二极管的负极相连，第一电容C1的负极与第二二极管的正极相连。
第三开关单元T3包括第三IGBT管和第三二极管，第三IGBT管与第三二极管反并联，第三二极管的负极与第三IGBT管的集电极相连，第三二极管的正极与第三IGBT管的发射极相连。第四开关单元T4包括第四IGBT管和第四二极管，第四IGBT管与第四二极管反并联，第四二极管的负极与第四IGBT管的集电极相连，第四二极管的正极与第四IGBT管的发射极相连。第三IGBT管的发射极与第四IGBT管的集电极相连，第二电容C2的正极与第三二极管的负极相连，第二电容C2的负极与第四二极管的正极相连。
第五开关单元T5包括第五IGBT管和第五二极管，第五IGBT管与第五二极管反并联，第五二极管的负极与第五IGBT管的集电极相连，第五二极管的正极与第五IGBT管的发射极相连。第二IGBT管的发射极和第五IGBT管的发射极相连，第五IGBT管的集电极与第三IGBT管的集电极相连。
第六二极管D的正极与第四IGBT管的发射极相连，第六二极管D的负极与第一IGBT管的集电极相连。
如图1所示，A点(该A点为第一半桥子模块的中点)与B点(该B点为第二半桥子模块的中点)之间的电压Usm为MMC子模块的输出电压；A点与B点之间的电流ism为该输出电压通入的电流。第一电容C1的电容参考值为C，第一电容C1的电压参考值为0.5UC；第二电容C2的电容参考值为0.5C，第二电容C2的电压参考值为UC。
图2为本发明实施例提供的一个基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构的单相七电平MMC拓扑结构示意图。
如图2所示，直流侧电压为Udc，交流侧输出电压为Ua。上桥臂包括第一子模块SM1、第二子模块SM2和上桥臂电感，下桥臂包括第三子模块SM3、第四子模块SM4和下桥臂电感。其中，第一子模块SM1、第二子模块SM2、上桥臂电感、第三子模块SM3、第四子模块SM4和下桥臂电感依次串联，并与直流电压源相连，构成回路。上桥臂电压Upa为第一子模块电压USM1和第二子模块电压USM2之和，下桥臂电压Una为第三子模块电压USM3和第四子模块电压USM4之和。
图3为本发明实施例提供的混合电容电压型双子模块串联拓扑的四种工作状态示意图。如图3所示，根据IGBT的开关状态和电流方向，可以将每种工作状态分别分为两个工作模式，共八个工作模式；正常工作时，第五开关单元T5永远处在导通状态，若不做特别说明，则默认导通。
如图3所示，当第一开关单元T1和第四开关单元T4关断，第二开关单元T2和第三开关单元T3导通时，称为第一工作状态，也可以称为“旁路状态”或者“切除状态”，第一工作状态存在两种工作模式(分别为第一工作模式和第五工作模式)：当电流从A进入子模块，流经第二开关单元T2、第五开关单元T5、第三开关单元T3并且从B流出，称之为第一工作模式；电流从B进入子模块，流经第三开关单元T3、第五开关单元T5、第二开关单元T2并且从A流出，称之为第五工作模式；在第一工作状态中，第一电容C1和第二电容C2均被旁路，整体的双子模块对外电压(即AB两点之间的输出电压)为零。
如图3所示，当第二开关单元T2和第四开关单元T4关断，第一开关单元T1和第三开关单元T3导通时，称为第二工作状态，第二工作状态同样存在两种工作模式(分别为第二工作模式和第六工作模式)。在第二工作模式中，电流从A进入，流经第一开关单元T1、第一电容C1、第五开关单元T5和第三开关单元T3，从B流出，这种模式下对第一电容C1进行充电；对应于第六工作模式，电流从B进入，流经第三开关单元T3、第五开关单元T5、第一电容C1和第一开关单元T1，从A流出，这种模式下对第一电容C1放电。在第二工作状态中，第一电容C1串联到电路中，第二电容C2被旁路，整体的双子模块对外电压为0.5UC。
如图3所示，当第一开关单元T1和第三开关单元T3关断，第二开关单元T2和第四开关单元T4导通时，称为第三工作状态。第三工作状态仍然存在两种工作模式(分别为第三工作模式和第七工作模式)。在第三工作模式中，电流从A进入，流经第二开关单元T2、第五开关单元T5、第二电容C2和第四开关单元T4，从B流出，这种模式下对第二电容C2进行充电；第七工作模式下，电流从B进入，流经第四开关单元T4、第二电容C2、第五开关单元T5和第二开关单元T2，从A流出，这种模式下第二电容C2放电；在第三工作状态中，第二电容C2串联到电路中，第一电容C1被旁路，整体的双子模块对外电压为UC。
如图3所示，当第二开关单元T2和第三开关单元T3关断，第一开关单元T1和第四开关单元T4导通时，称为第四工作状态，第四工作状态也存在两种工作模式(分别为第四工作模式和第八工作模式)。在第四工作模式中，电流从A进入，流经第一开关单元T1、第一电容C1、第五开关单元T5、第二电容C2和第四开关单元T4，从B流出，这种模式下对第一电容C1和第二电容C2进行充电；第六工作模式下，电流从B进入，流经第四开关单元T4、第二电容C2、第五开关单元T5、第一电容C1和第一开关单元T1，从A流出，这种模式下第一电容C1和第二电容C2放电；在第四工作状态中，第一电容C1和第二电容C2均被串联到电路中，整体的双子模块对外电压为1.5UC。
在表1中对于五个开关，数字1为导通状态，0对应关断状态；根据表1的开关组合，可以分别控制子模块中第一电容、第二电容的“投入”和“切除”；使用电容均压控制后，每个子模块电容的电压基本保持不变，因而每个混合电容电压型双子模块均可以看成一个可以产生0、0.5UC、UC和1.5UC四种电压的可控电压源，根据表1便能够对所有混合电容电压型双子模块进行控制，产生需要的输出电压。
表1本发明实施例中基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构的八种工作模式表格
图4为本发明实施例中单相七电平的基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC交流侧电压示意图。
单相7电平混合电容电压型双子模块串联拓扑电路包含四个子模块，每个子模块的电压分别设为Usm1、Usm2、Usm3和Usm4，上桥臂和下桥臂电压分别为Upa和Una，O点为零电压点，交流侧a点电压为Ua，稳态运行时，桥臂电感电压可以忽略不计，直流侧电压为Udc，需要满足下式中的电压方程：
为了保证直流侧电压稳定，在任意时刻，MMC桥臂投入子模块电压和均保持不变，每个子模块可以产生四种电压，结合表达式可以分析出，MMC在a点能够产生7种电压：
ua＝0,±0.5uC,±uC,±1.5uC
基于以上的原理，选择合适的调制方法和控制策略，能够将MMC实现整流和逆变，为了更加直观地表现，使用最近电平逼近的调制方法，以正弦波为调制波，MMC可以产生如图4所示的电压波形。
由表2可知，进一步对图4进行分析，A、B、C、D、E、F、G七个时间段对应七种不同的电平，上下桥臂子模块的投入情况见表2，任意时刻，上下桥臂子模块中第一电容和第二电容的投入总数均为2，这样保证了直流侧电压为Udc保持不变；在这个约束条件下，通过切换桥臂中第一电容和第二电容投入的个数，来达到交流侧电压Ua为正弦波的目的。
表2本发明实施例中单相七电平的基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构
MMC其子模块投入模式分析表
表3是本发明实施例中不同类型MMC单个桥臂器件数量对比表。进一步分析，若上桥臂子模块个数为N，则基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)的电平数为3N+1，而相同子模块数的情况下，基于箝位双子模块MMC(DS-MMC)电平数仅为2×N+1；现将基于半桥子模块拓扑的MMC(H-MMC)、基于全桥子模块拓扑的MMC(F-MMC)、基于箝位双子模块的MMC(DS-MMC)和基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)四种类型的MMC的电平数、电容个数、IGBT个数等总结如表3所示。
其中，在半桥子模块个数为N的情况下，由于基于箝位双子模块的MMC(DS-MMC)和基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)的每个子模块中包含有两个电容，所以这两者的电容数量、IGBT个数、二极管个数均大于基于半桥子模块拓扑的MMC(H-MMC)和基于全桥子模块拓扑的MMC(F-MMC)；相反，基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)和基于箝位双子模块MMC(DS-MMC)的电平数要多于基于全桥子模块拓扑的MMC(F-MMC)和基于半桥子模块拓扑的MMC(H-MMC)。
表3本发明实施例中不同类型MMC单个桥臂器件数量对比表
MMC类型 电容个数 子模块数 IGBT个数 二极管个数 电平数
H-MMC N N 2N 2N N+1
F-MMC N N 4N 4N N+1
DS-MMC 2N N 5N 6N 2N+1
HCVDS-MMC 2N N 5N 6N 3N+1
图5为本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的IGBT管使用数量对比图。为了进行详细直观的分析，以电平数为参考基准，得到了不同类型MMC的IGBT管数目与电平数之间的关系曲线。图6为本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的二极管管使用数量对比图。为了进行详细直观的分析，以电平数为参考基准，得到了不同类型MMC的二极管数目与电平数之间的关系曲线。图7为本发明实施例中不同类型MMC在同一电平输出情况下的电容使用数量对比图。为了进行详细直观的分析，以电平数为参考基准，得到不同类型MMC的电容数目与电平数之间的关系曲线。其中，横坐标为电平数，纵坐标为IGBT个数。
由图5、图6和图7结合所示，本发明实施例显示出在相同电平数的情况下，基于全桥子模块拓扑的MMC(F-MMC)需要的器件数量最多，基于箝位双子模块MMC(DS-MMC)次之，基于半桥子模块拓扑的MMC(H-MMC)需要的器件数量小于前两者，基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)需要的器件数量最少。随着电平数的增多，基于混合电容电压型双子模块串联拓扑结构MMC(HCVDS-MMC)能够极大地节约器件，节省成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，包含：
第一半桥子模块，其设置有第一开关单元(T1)、第二开关单元(T2)和第一电容(C1)；所述第一开关单元(T1)与所述第二开关单元(T2)正向串联后，再与所述第一电容(C1)并联；
第二半桥子模块，其设置有第三开关单元(T3)、第四开关单元(T4)和第二电容(C2)；所述第三开关单元(T3)与所述第四开关单元(T4)正向串联后，再与所述第二电容(C2)并联；所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)的参数不同；
第五开关单元(T5)，所述第一半桥子模块与所述第五开关单元(T5)反向串联后，再与所述第二半桥子模块正向串联；
第六二极管(D)，其一端与所述第一半桥子模块连接，另一端与所述第二半桥子模块连接。
2.如权利要求1所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第一开关单元(T1)包括第一IGBT管和第一二极管；所述第一IGBT管与所述第一二极管反并联，所述第一二极管的负极与所述第一IGBT管的集电极相连，所述第一二极管的正极与所述第一IGBT管的发射极相连；
所述第二开关单元(T2)包括第二IGBT管和第二二极管；所述第二IGBT管与所述第二二极管反并联，所述第二二极管的负极与所述第二IGBT管的集电极相连，所述第二二极管的正极与所述第二IGBT管的发射极相连；
所述第一IGBT管的发射极与所述第二IGBT管的集电极相连，第一电容(C1)的正极与所述第一二极管的负极相连，第一电容(C1)的负极与所述第二二极管的正极相连。
3.如权利要求2所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第三开关单元(T3)包括第三IGBT管和第三二极管；所述第三IGBT管与所述第三二极管反并联，所述第三二极管的负极与所述第三IGBT管的集电极相连，所述第三二极管的正极与所述第三IGBT管的发射极相连；
所述第四开关单元(T4)包括第四IGBT管和第四二极管，所述第四IGBT管与所述第四二极管反并联，所述第四二极管的负极与所述第四IGBT管的集电极相连，所述第四二极管的正极与所述第四IGBT管的发射极相连；
所述第三IGBT管的发射极与所述第四IGBT管的集电极相连，所述第二电容(C2)的正极与所述第三二极管的负极相连，所述第二电容(C2)的负极与所述第四二极管的正极相连。
4.如权利要求3所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第五开关单元(T5)包括第五IGBT管和第五二极管，所述第五IGBT管与所述第五二极管反并联，所述第五二极管的负极与所述第五IGBT管的集电极相连，所述第五二极管的正极与所述第五IGBT管的发射极相连；
所述第二IGBT管的发射极和所述第五IGBT管的发射极相连，所述第五IGBT管的集电极与所述第三IGBT管的集电极相连。
5.如权利要求3或4所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第六二极管(D)的正极与所述第四IGBT管的发射极相连，所述第六二极管(D)的负极与所述第一IGBT管的集电极相连。
6.如权利要求1所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第一电容(C1)的电容参考值设为C，所述第一电容(C1)的电容电压参考值为0.5UC；所述第二电容(C2)的电容参考值为0.5C，所述第二电容(C2)的电容电压参考值为UC。
7.如权利要求6所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，该拓扑结构包含四种工作状态，分别为第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态；
其中，第一工作状态时，第一开关单元(T1)和第四开关单元(T4)关断，第二开关单元(T2)和第三开关单元(T3)导通；第一工作状态时，第一电容(C1)和第二电容(C2)均被旁路，子模块对外电压为零；
第二工作状态时，第二开关单元(T2)和第四开关单元(T4)关断，第一开关单元(T1)和第三开关单元(T3)导通；第二工作状态时，第一电容(C1)串联到电路中，第二电容(C2)被旁路，子模块对外电压为0.5UC；
第三工作状态时，第一开关单元(T1)和第三开关单元(T3)关断，第二开关单元(T2)和第四开关单元(T4)导通；第三工作状态时，第二电容(C2)串联到电路中，第一电容(C1)被旁路，子模块对外电压为UC；
第四工作状态时，第二开关单元(T2)和第三开关单元(T3)关断，第一开关单元(T1)和第四开关单元(T4)导通；第四工作状态时，第一电容(C1)和第二电容(C2)均被串联到电路中，子模块对外电压为1.5UC。
8.如权利要求7所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
所述第一工作状态包含第一工作模式和第五工作模式；
其中，所述第一工作模式中包含：当电流从第一半桥子模块的中点进入子模块，流经第二开关单元(T2)、第五开关单元(T5)、第三开关单元(T3)并且从第二半桥子模块的中点流出；
所述第五工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入子模块，流经第三开关单元(T3)、第五开关单元(T5)、第二开关单元(T2)并且从第一半桥子模块的中点流出；
所述第二工作状态包含第二工作模式和第六工作模式；
其中，第二工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第一开关单元(T1)、第一电容(C1)、第五开关单元(T5)和第三开关单元(T3)，从第二半桥子模块的中点流出，对第一电容(C1)进行充电；
所述第六工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第三开关单元(T3)、第五开关单元(T5)、第一电容(C1)和第一开关单元(T1)，从第一半桥子模块的中点流出，第一电容(C1)放电；
所述第三工作状态包含第三工作模式和第七工作模式；
其中，所述第三工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第二开关单元(T2)、第五开关单元(T5)、第二电容(C2)和第四开关单元(T4)，从第二半桥子模块的中点流出，对第二电容(C2)进行充电；
所述第七工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第四开关单元(T4)、第二电容(C2)、第五开关单元(T5)和第二开关单元(T2)，从第一半桥子模块的中点流出，第二电容(C2)放电；
所述第四工作状态包含第四工作模式和第八工作模式；
其中，所述第四工作模式中包含：电流从第一半桥子模块的中点进入，流经第一开关单元(T1)、第一电容(C1)、第五开关单元(T5)、第二电容(C2)和第四开关单元(T4)，从第二半桥子模块的中点流出，对第一电容(C1)和第二电容(C2)进行充电；
所述第六工作模式中包含：电流从第二半桥子模块的中点进入，流经第四开关单元(T4)、第二电容(C2)、第五开关单元(T5)、第一电容(C1)和第一开关单元(T1)，从第一半桥子模块的中点流出，第一电容(C1)和第二电容(C2)放电。
9.如权利要求1所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
该拓扑结构为单相七电平MMC拓扑结构；
所述单相七电平MMC拓扑结构设有上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括第一子模块(SM1)、第二子模块(SM2)和上桥臂电感，所述下桥臂包括第三子模块(SM3)、第四子模块(SM4)和下桥臂电感；
其中，第一子模块(SM1)、第二子模块(SM2)、上桥臂电感、第三子模块(SM3)、第四子模块(SM4)和下桥臂电感依次串联，并与直流电压源相连，构成回路。
10.如权利要求9所述的基于MMC的混合电容电压型双子模块串联拓扑结构，其特征在于，
上桥臂电压(Upa)为第一子模块电压(USM1)和第二子模块电压(USM2)之和，下桥臂电压(Una)为第三子模块电压(USM3)和第四子模块电压(USM4)之和。
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