[发明专利]一种电力电子变压器级联功率模块冗余容错控制方法

权利要求书

1.一种电力电子变压器级联功率模块冗余容错控制方法，所述的电力电子变压器的单相电路由N+m个级联功率模块连接构成，N和m均为正整数，其中N为无冗余功率模块时电力电子变压器所需级联功率模块数量，m为冗余功率模块数量；每个功率模块由H桥单元和双有源桥串联谐振型DC-DC变换器组成，各DC-DC变换器的变压器次级直流输出侧并联连接，使得不同DC-DC变换器的变压器初级直流侧储能电容电压能够实现自动均衡；所述功率模块中，旁路开关K_p连接于H桥单元的交流输出a端子和b端子；H桥单元的直流输出端子为x、y，双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的初级侧直流储能电容C_h连接于直流输出x端子和y端子，次级侧直流储能电容C_l的正极端子j通过与分断开关Kf串联后连接到直流母线的正极端子h上，

其特征在于：所述冗余容错控制方法在满足容错运行条件的情况下，即单相电路中故障功率模块数量小于或等于m，将故障功率模块旁路，并将故障功率模块的开关器件触发信号重新分配给一个冗余功率模块中的H桥单元，使电力电子变压器平滑冗余切换，具体步骤包括：

(1)电力电子变压器的控制器计算N路载波移相脉宽调制信号，其中N为电力电子变压器单相电路中不含冗余功率模块在内的级联功率模块数量，相邻的两路载波移相脉宽调制信号的移相角相同；

(2)电力电子变压器的控制器将N路载波移相脉宽调制信号分配给不含冗余功率模块与故障功率模块在内的N个投入状态的串联功率模块；

(3)电力电子变压器的控制器实时监测各功率模块的工作状态；

(4)功率模块故障时，电力电子变压器的控制器根据各功率模块实时状态辨识故障功率模块；

(5)电力电子变压器的控制器判断电力电子变压器是否满足冗余容错运行条件，即故障功率模块数量是否不大于冗余功率模块数量m，如果满足冗余容错运行条件，则电力电子变压器的控制器给故障功率模块下发闭锁及旁路动作指令，给冗余功率模块下发投入指令，将冗余功率模块由备用状态切换为投入状态，并将故障功率模块中的H桥脉宽调制信号发送至冗余功率模块；如果故障功率模块数量大于冗余功率模块数量m，不满足冗余容错运行条件，则电力电子变压器的控制器下发跳闸命令，电力电子变压器停机并退出运行；

当所述的电力电子变压器的控制器判断电力电子变压器满足冗余容错运行条件，执行的功率模块冗余切换操作的步骤具体包括：

(5.1)电力电子变压器的控制器给故障功率模块下发旁路指令，并将其运行状态由投入状态切换为备用状态；

(5.2)电力电子变压器的控制器给冗余功率模块下发投入指令，将冗余功率模块由备用状态切换为投入状态；

(5.3)故障功率模块的旁路开关K_p闭合，分断开关K_f断开，执行旁路指令；

(5.4)故障功率模块的H桥单元和双有源桥串联谐振型DC-DC变换器均闭锁，即所有可控型开关器件均执行断开指令；

(5.5)电力电子变压器的控制器将原发送至故障功率模块的H桥脉宽调制信号发送至冗余功率模块的H桥单元，冗余功率模块的H桥单元按照该脉宽调制信号参与调制。

2.根据权利要求1所述的电力电子变压器级联功率模块冗余容错控制方法，其特征在于：所述的电力电子变压器高压交流侧的级联H桥单元采用载波移相式脉宽调制方法，并且始终有N个功率模块处于投入状态，m个冗余功率模块处于备用状态；处于投入状态的N个功率模块中H桥单元采用载波移相式脉宽调制方法；处于备用状态的m个冗余功率模块的H桥单元处于输出零电压的开关状态；一旦N个功率模块中有功率模块出现故障，须执行闭锁旁路指令将故障功率模块旁路，同时冗余功率模块由备用状态切换为投入状态，并由输出零电压的开关状态切换为载波移相式正弦脉宽调制状态，使得高压交流侧始终有N个H桥单元参与脉宽调制。