[发明专利]一种基于热备用矢量替代的MMC容错运行策略

说明书

本发明公开了一种基于热备用矢量替代的MMC容错运行策略，包括：(1)在MMC正常运行时，将MMC每相同一个桥臂的两个子模块进行组合，三相整合形成新的控制子单元，每个子单元独立运用空间矢量调制策略进行控制；(2)在监测到MMC子模块故障时，将故障子模块旁路，同时将其他子单元中相应的健康子模块设定为热备用子模块，通过控制实际工作子模块数量及其电容电压，构造子单元所需矢量；(3)用构造的矢量替代子单元中缺失的矢量，保证MMC容错运行，保持线电压幅值不变。利用本发明，允许一相桥臂有一半数量的子模块故障，不增加硬件，并且可以在一定程度上同时保证线电压峰值和线电压电平数量。

技术领域

本发明涉及电气工程领域，尤其是涉及一种基于热备用矢量替代的MMC容错运行策略。

背景技术

对于MMC来说，假设每相各有n个子模块，每个模块正常工作的概率为r，则n个子模块正常工作的概率为rⁿ。所以单相MMC逆变器的可靠性为rⁿ。对于同样的单相MMC逆变器，如果可以允许一个子模块故障，那么其可靠性为rⁿ+n×r^n-1×(1-r)。很明显，可以容错系统的可靠性远高于不能容错的系统。

现有容错的策略可以分为软件容错和硬件容错。

备用子模块容错是传统的硬件容错方式，又分为冷备用和热备用。对于冷备用，优点是损耗较低，但是对电容进行充电需要时间，所以冷备用子模块的投入速度较慢。对于热备用，损耗较大，而且算法复杂。使用备用子模块容错方式可以使发生故障后的MMC逆变器的相电压、线电压都与正常状态下的相电压、线电压无异。但是这种方式增加了经济成本，在运行时也增加了MMC的损耗。

对于软件MMC容错，常用的就是旁路对应桥臂或者对应桥臂和对应相的子模块。这种方式操作简单，保证了最大功率的输出，但是减少了电压电平数，而且由于旁路了健康的子模块，会造成一定程度的浪费。还有应用零点漂移的策略进行容错，这种容错方式以保证正常的线电压为目的，但不能保证最大的输出电压。另外使用SVM控制MMC，故障发生时，旁路对应桥臂的子模块，产生了新的矢量，可以使用新的矢量对磁链进行合成，这种方式减少了线电压的电平数。

硬件容错增加了硬件的成本，软件容错虽然可以避免加入更多的硬件，但是不能同时保证线电压峰值和线电压电平数量。

发明内容

本发明提出一种基于热备用矢量替代的MMC容错运行策略，允许一相桥臂有一半数量的子模块故障，不增加硬件，并且可以在一定程度上同时保证线电压峰值和线电压电平数量。

本发明的技术方案如下：

一种基于热备用矢量替代的MMC容错运行策略，包括：

(1)在MMC正常运行时，将MMC每相同一个桥臂的两个子模块进行组合，三相整合形成新的控制子单元，每个子单元独立运用空间矢量调制策略进行控制；

(2)在监测到MMC子模块故障时，将故障子模块旁路，同时将其他子单元中相应的健康子模块设定为热备用子模块，通过控制实际工作子模块数量及其电容电压，构造子单元所需矢量；

(3)用构造的矢量替代子单元中缺失的矢量，保证MMC容错运行，保持线电压幅值不变。

本发明中，所述MMC的结构为三相六桥臂，当MMC中一相同一个桥臂的子模块数量为偶数个时，将一相同一桥臂的两个子模块进行组合，三相六个子模块形成一个子单元，每个子单元每相能够输出2U_cap、U_cap和0三种电压，分别对应N、O、P三种开关状态；

当一相一个桥臂的子模块为奇数个时，则其中一个子单元由三相三个子模块组成，输出的电压2U_cap、0对应N、P两种开关状态，剩余每个子单元由三相六个子模块组成。