[發明專利]一種電力電子變壓器級聯功率模塊冗余容錯控制方法

有效

• 申請號: 201710699518.2
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107546844B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（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

一種電力電子變壓器級聯功率模塊冗余容錯控制方法，適用于級聯H橋型電力電子變壓器。當級聯功率模塊發生故障時，在滿足容錯運行條件的情況下，將故障功率模塊旁路，并將故障功率模塊的開關器件觸發信號重新分配給一個冗余模塊，使電力電子變壓器平滑冗余切換，實現冗余切換的無間隙性和準確性。

技術領域

本發明涉及一種電力電子變壓器級聯功率模塊的冗余容錯控制方法。

背景技術

電力電子變壓器除了具有傳統變壓器的電壓等級變換和電氣隔離功能之外，還具有潮流雙向控制、電能質量控制、裝置自保護與自診斷、通訊與信息交換等多種功能，并且具有不同電壓等級的交流和直流端口，適用于多種類型的分布式能源、儲能和負荷的靈活接入，以及交/直流電網的互聯。它在智能電網、能源互聯網及未來交直流互聯電網中發揮不可替代的重要作用，是其實現電能變換和處理的核心裝置。

作為一種應用于配電系統的柔性電力設備，電力電子變壓器設備自身的可靠性對于配電網的安全可靠運行尤為重要。利用冗余和容錯技術可以有效改善提高電力電子變壓器的可靠性。針對電力電子變壓器的冗余容錯控制方法，通常需要重新計算電壓矢量或者載波移相角度，或者改變調制比。例如中國專利CN103916041A、中國專利CN103560689A等。

這些已有方案的缺點是功率模塊故障后需要復雜的控制方法，并且重新計算各功率模塊的調制信號，因而動態切換過渡過程較長，而且無法避免在冗余切換時產生電流沖擊。

發明內容

本發明的目的在于克服現有電力電子變壓器級聯功率模塊冗余容錯運行控制復雜的缺點，提出一種電力電子變壓器級聯功率模塊冗余容錯控制方法。本發明無需調整功率模塊的載波移相角度，也無需重新計算調制信號，即可實現故障單元的退出與冗余模塊的投入，各功率模塊狀態的動態切換過程快速平滑。

應用本發明的電力電子變壓器每相電路均由N+m個功率模塊級聯構成，且單相電路可獨立運行。其中，N和m均為正整數，N為電力電子變壓器單相電路中不含冗余模塊在內的級聯功率模塊數量，m為冗余功率模塊數量。各功率模塊均由H橋單元和雙有源橋串聯諧振型DC-DC變換器組成。本發明對其中各串聯諧振型DC-DC變換器采用開環的方波電壓輸出控制方法，在次級側直流儲能電容并聯連接的方式下，各DC-DC變換器初級側直流儲能電容電壓可實現自動均衡。

本發明電力電子變壓器級聯功率模塊的冗余控制方法在功率模塊電壓可自動均衡的前提下，一旦發生功率模塊故障，只要滿足容錯運行條件，即故障功率模塊數量小于或等于冗余功率模塊數量m，可將故障功率模塊旁路，并將故障功率模塊中H橋單元的脈寬調制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，具體步驟如下：

(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模塊在內的級聯功率模塊數量，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模塊與故障功率模塊在內的N個投入狀態的串聯功率模塊；

(3)電力電子變壓器的控制器實時監測各功率模塊的工作狀態；

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

(5)電力電子變壓器的控制器判斷電力電子變壓器級聯功率電路是否滿足冗余容錯運行條件，即故障功率模塊數量是否不大于冗余模塊數量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閉鎖及旁路動作指令，給冗余模塊下發投入指令，將冗余模塊由備用狀態切換為投入狀態，并將故障功率模塊中的H橋脈寬調制信號發送至冗余模塊；如果故障功率模塊數量大于冗余模塊數量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跳閘命令，電力電子變壓器級聯功率電路停機并退出運行。