1.一种轻型MMC电机驱动系统拓扑，其特征在于：包括模块化多电平换流器结构、若干个半桥与电容结构、若干个附加半桥结构、若干个三绕组高频变压器结构和三相桥臂；若干个半桥与电容结构和若干个附加半桥结构组成若干个子模块；三绕组高频变压器结构将所有子模块互联在一起；所述三相桥臂中每相桥臂分为上桥臂和下桥臂，每相上桥臂均包括n个子模块和上桥臂电感Larm1、Larm3、Larm5，每相下桥臂均包括n个子模块和下桥臂电感Larm2、Larm4、Larm6；

所述子模块包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第一子模块电容Csm1、第二子模块电容Csm2、第三功率开关管S1和第四功率开关管S2；所述三绕组高频变压器结构包含第一绕组N1、第二绕组N2和第三绕组N3；所述第一功率开关管Q1的源极与所述第二功率开关管Q2的漏极相连；所述第三功率开关管S1的源极与所述第四功率开关管S2的漏极相连；所述第一功率开关管Q1的漏极与所述第三功率开关管S1的漏极相连；所述第二功率开关管Q2的源极与所述第四功率开关管S2的源极相连；所述第一子模块电容Csm1的一端与所述第一功率开关管Q1的漏极连接，所述第一子模块电容Csm1的另一端与第二子模块电容Csm2的一端连接，所述第二子模块电容Csm2的另一端与所述第二功率开关管Q2的源极连接；所述第一绕组N1的同名端连接到所述第三功率开关管S1以及所述第四功率开关管S2所组成的桥臂中点，所述第一绕组N1的异名端连接到所述第一子模块电容Csm1以及所述第二子模块电容Csm2所组成的桥臂中点；

所述子模块在半桥与电容结构的基础上引入新的半桥电路，所有子模块采用相同的附加半桥结构，MMC三相相同水平位置的三个附加半桥电路通过一个变比为1:1:1的三绕组高频变压器相连，且三绕组的同名端位置相同；

所述子模块电流中交流分量iac_ux包括流向自身电容的纹波电流分量iac_ux1和流向后级的纹波电流分量iac_ux2，在任一相的等效电流源iac_ux单独作用时，三相互联的附加半桥结构可简化为等效阻抗模型，根据纹波电流分量iac_ux1和iac_ux2分别建立两种等效阻抗模型，等效阻抗模型与MMC基频ω、第一子模块电容Csm1和高频变压器漏感Lσ有关，所述流向自身电

2 2

容的纹波电流分量iac_ux1流经的等效阻抗模型为(‑ω LσCsm1iac_ux)/(1‑ω LσCsm1)，所述流向2

后级的纹波电流分量iac_ux2流经的等效阻抗模型为iac_ux/(1‑ω LσCsm1)。

2.根据权利要求1所述的一种轻型MMC电机驱动系统拓扑，其特征在于：每相上半桥臂第一个子模块的第一功率开关管Q1与第二功率开关管Q2组成的桥臂中点与中压直流母线的正极相连，第二功率开关管Q2的源极与下一子模块的第二功率开关管Q2的漏极相连；三相上桥臂电感Larm1、Larm3、Larm5的一端与每相上半桥臂最后一个子模块的第二功率开关管Q2的源极连接，三相上桥臂电感Larm1、Larm3、Larm5的另一端分别连接三相异步电机的a相、b相、c相；

三相下桥臂电感Larm2、Larm4、Larm6的一端分别连接三相异步电机的a相、b相、c相，下桥臂电感Larm2、Larm4、Larm6的另一端与每相下半桥臂第一个子模块的第一功率开关管Q1的漏极连接；

每相下半桥臂子模块的第二功率开关管Q2的源极与下一子模块的第二功率开关管Q2的漏极相连，最后一个子模块的第二功率开关管Q2的源极与中压直流母线的负极相连；中压直流母线由两个大小为1/2Vdc的等效直流电源组成，第一个等效直流电源的正极与中压直流母线的正极相连，第一个等效直流电源的负极与第二个等效直流电源的正极相连，第二个等效直流电源的负极与中压直流母线的负极相连；MMC的交流输出侧为三相异步电机；第一个等效直流电源的负极与零电位点o相连，三相异步电机的中点为o’。

3.根据权利要求1所述的一种轻型MMC电机驱动系统拓扑，其特征在于：所述模块化多电平换流器结构的半桥与电容结构输入电流包含直流分量与交流分量；所述交流分量主要包括基频分量与2倍频分量；基频分量iu1a、iu1b、iu1c与id1a、id1b、id1c相位相同且均呈三相正序，2倍频分量iu2a、iu2b、iu2c与id2a、id2b、id2c相位相反且均呈三相负序；

iu1a、iu1b、iu1c、id1a、id1b、id1c分别为a相上桥臂模块波动电流的基频分量、b相上桥臂模块波动电流的基频分量、c相上桥臂模块波动电流的基频分量、a相下桥臂模块波动电流的基频分量、b相下桥臂模块波动电流的基频分量、c相下桥臂子模块波动电流的基频分量；

iu2a、iu2b、iu2c、id2a、id2b和id2c分别为a相上桥臂子模块波动电流的2倍频分量、b相上桥臂子模块波动电流的2倍频分量、c相上桥臂子模块波动电流的2倍频分量、a相下桥臂子模块波动电流的2倍频分量、b相下桥臂子模块波动电流的2倍频分量、c相下桥臂子模块波动电流的2倍频分量。

4.一种如根据权利要求1～3任一项所述的轻型MMC电机驱动系统拓扑的调制方法，其特征在于：所述调制方法采用功率耦合通道开环同步调制，包括半桥与电容结构的控制和附加半桥结构的控制；所述半桥与电容结构的控制采用电机驱动闭环控制；所述附加半桥结构的控制采用相同且为50％占空比的开环同步信号控制。

5.根据权利要求4所述的一种轻型MMC电机驱动系统拓扑的调制方法，其特征在于：所述半桥与电容结构的控制的一种控制方法为矢量控制，所述矢量控制包括磁链、转速外环控制和dq坐标系下电流内环控制且采用载波移相脉宽调制方法，具体包括以下过程：

1)通过电机的速度传感器得到电机的实际转子角频率值ωr，将输出电流值ia、ib、ic进行dq变换得到dq坐标系下的电流值id和iq，经过电流模型计算得到相角θ和转子磁链ψr，将电流值iq乘电机励磁电感Lm再除以转子时间常数Tr并除以转子磁链ψr后加转子角频率值ωr得到同步角频率ω；

*

2)将转子磁链给定值ψr 减去转子磁链实际值ψr，其差经过磁链控制器得到电流内环的* *

d轴给定值id ，id 减去输出电流实际值在d轴的分量id,其差经过PI调节器的输出值减去输出电流在q轴的分量iq与ω相乘并与漏感Lσ相乘后的值实现对id的前馈解耦，得到调制电压*在d轴的分量ud；

*

3)将转子角频率给定值ωr减去转子角频率实际值ωr，其差经过转速控制器得到电流* *

内环的q轴给定值iq，iq减去输出电流实际值在q轴的分量iq,其差经过PI调节器的输出值减去输出电流在d轴的分量id与ω相乘并与交流侧等效电感L相乘后的值实现对iq的前馈解*耦，得到调制电压在q轴的分量uq；

* *

4)将步骤2)和步骤3)的解耦值输入到dq/abc变换中得到三相调制电压分量ua 、ub 、*

uc，三相调制电压分量经过载波移相调制得到半桥与电容结构的驱动信号SMMC。

6.根据权利要求4所述的一种轻型MMC电机驱动系统拓扑的调制方法，其特征在于：所述附加半桥结构的控制为基于开关频率f与开环占空比D的开环控制，具体如下：第三功率开关管S1和第四功率开关管S2驱动信号QHFL互补，占空比D固定为50％，且所有附加半桥结构的驱动信号均相同，死区时间内谐振电流对预导通开关器件寄生电容完全放电实现零电压开通。