[發(fā)明專利]一種電力電子變壓器級聯(lián)功率模塊冗余容錯控制方法

有效

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• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107546844B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 高范強;李耀華;李子欣;王平;徐飛;馬遜
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02M3/338;H02M3/335
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種電力電子變壓器級聯(lián)功率模塊冗余容錯控制方法，所述的電力電子變壓器的單相電路由N+m個級聯(lián)功率模塊連接構成，N和m均為正整數(shù)，其中N為無冗余功率模塊時電力電子變壓器所需級聯(lián)功率模塊數(shù)量，m為冗余功率模塊數(shù)量；每個功率模塊由H橋單元和雙有源橋串聯(lián)諧振型DC-DC變換器組成，各DC-DC變換器的變壓器次級直流輸出側并聯(lián)連接，使得不同DC-DC變換器的變壓器初級直流側儲能電容電壓能夠實現(xiàn)自動均衡；所述功率模塊中，旁路開關K_p連接于H橋單元的交流輸出a端子和b端子；H橋單元的直流輸出端子為x、y，雙有源橋串聯(lián)諧振型DC-DC變換器的初級側直流儲能電容C_h連接于直流輸出x端子和y端子，次級側直流儲能電容C_l的正極端子j通過與分斷開關Kf串聯(lián)后連接到直流母線的正極端子h上，

其特征在于：所述冗余容錯控制方法在滿足容錯運行條件的情況下，即單相電路中故障功率模塊數(shù)量小于或等于m，將故障功率模塊旁路，并將故障功率模塊的開關器件觸發(fā)信號重新分配給一個冗余功率模塊中的H橋單元，使電力電子變壓器平滑冗余切換，具體步驟包括：

(1)電力電子變壓器的控制器計算N路載波移相脈寬調制信號，其中N為電力電子變壓器單相電路中不含冗余功率模塊在內的級聯(lián)功率模塊數(shù)量，相鄰的兩路載波移相脈寬調制信號的移相角相同；

(2)電力電子變壓器的控制器將N路載波移相脈寬調制信號分配給不含冗余功率模塊與故障功率模塊在內的N個投入狀態(tài)的串聯(lián)功率模塊；

(3)電力電子變壓器的控制器實時監(jiān)測各功率模塊的工作狀態(tài)；

(4)功率模塊故障時，電力電子變壓器的控制器根據(jù)各功率模塊實時狀態(tài)辨識故障功率模塊；

(5)電力電子變壓器的控制器判斷電力電子變壓器是否滿足冗余容錯運行條件，即故障功率模塊數(shù)量是否不大于冗余功率模塊數(shù)量m，如果滿足冗余容錯運行條件，則電力電子變壓器的控制器給故障功率模塊下發(fā)閉鎖及旁路動作指令，給冗余功率模塊下發(fā)投入指令，將冗余功率模塊由備用狀態(tài)切換為投入狀態(tài)，并將故障功率模塊中的H橋脈寬調制信號發(fā)送至冗余功率模塊；如果故障功率模塊數(shù)量大于冗余功率模塊數(shù)量m，不滿足冗余容錯運行條件，則電力電子變壓器的控制器下發(fā)跳閘命令，電力電子變壓器停機并退出運行；

當所述的電力電子變壓器的控制器判斷電力電子變壓器滿足冗余容錯運行條件，執(zhí)行的功率模塊冗余切換操作的步驟具體包括：

(5.1)電力電子變壓器的控制器給故障功率模塊下發(fā)旁路指令，并將其運行狀態(tài)由投入狀態(tài)切換為備用狀態(tài)；

(5.2)電力電子變壓器的控制器給冗余功率模塊下發(fā)投入指令，將冗余功率模塊由備用狀態(tài)切換為投入狀態(tài)；

(5.3)故障功率模塊的旁路開關K_p閉合，分斷開關K_f斷開，執(zhí)行旁路指令；

(5.4)故障功率模塊的H橋單元和雙有源橋串聯(lián)諧振型DC-DC變換器均閉鎖，即所有可控型開關器件均執(zhí)行斷開指令；

(5.5)電力電子變壓器的控制器將原發(fā)送至故障功率模塊的H橋脈寬調制信號發(fā)送至冗余功率模塊的H橋單元，冗余功率模塊的H橋單元按照該脈寬調制信號參與調制。

2.根據(jù)權利要求1所述的電力電子變壓器級聯(lián)功率模塊冗余容錯控制方法，其特征在于：所述的電力電子變壓器高壓交流側的級聯(lián)H橋單元采用載波移相式脈寬調制方法，并且始終有N個功率模塊處于投入狀態(tài)，m個冗余功率模塊處于備用狀態(tài)；處于投入狀態(tài)的N個功率模塊中H橋單元采用載波移相式脈寬調制方法；處于備用狀態(tài)的m個冗余功率模塊的H橋單元處于輸出零電壓的開關狀態(tài)；一旦N個功率模塊中有功率模塊出現(xiàn)故障，須執(zhí)行閉鎖旁路指令將故障功率模塊旁路，同時冗余功率模塊由備用狀態(tài)切換為投入狀態(tài)，并由輸出零電壓的開關狀態(tài)切換為載波移相式正弦脈寬調制狀態(tài)，使得高壓交流側始終有N個H橋單元參與脈寬調制。