[发明专利]一种级联型变流器n+1故障冗余控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联型变流器n+1故障冗余控制方法。

背景技术

目前的级联H桥型多电平变流器随着级联功率单元数量的增加，装置的故障率大大增高，从而降低了运行的安全可靠性，目前主要存在着三种级联型变流装置的故障容错技术：第一种为三相对称旁路方式，即当装置某相中出现一定数量的故障单元后，三相均旁路掉相同数量的单元，该方法避免了三相电压的不平衡，但在旁路掉故障单元的同时，也旁路掉非故障相中的正常单元，装置输出容量也随之降低；第二种方法为n+1冗余控制方式，即没相增加一个备份冗余单元，当某相中出现一个功率单元故障时，将该故障单元旁路，而不影响其他非故障相的正常工作，该容错控制技术实现简单、可靠，但是降低了装置正常工作的电压利用率；第三种方法为中性点偏移技术，该方法只旁路故障单元，基本原理式通过对装置三相输出电压的相位调整，达到输出三相对称电压的目标，该方法只针对三相线电压对称的控制目标而不考虑相电压的容量出力，因而主要适用于高压变频器的故障容错控制，而对于要求三相分相控制的DSTATCOM等变流装置的故障容错控制并不适用。

发明内容

本发明提供了一种级联型变流器n+1故障冗余控制方法，它能够有效地提高各功率单元的直流侧电压利用率，降低功率器件的开关损耗、duldt以及故障率。

本发明采用了以下技术方案：步骤一，首先基于UPF四象限H桥整流器的直流电压电容进行均衡控制：各单元H桥整流器通过隔离变压器T_i连接交流电源母线，其中交流侧滤波电感L_ri用来满足整流器单位功率因数整流及滤波功能要求，i＝1，2，......、n，当电容电压上升时，控制H桥四象限整流器处于UPF逆变状态，将电容能量快速反馈交流电网，电容放电，当电容电压下降时，控制整流器处于UPF整流状态，吸收交流电网能量并对电容充电；

步骤二，对n+1故障冗余进行控制：设功率单元满额运行时直流侧的电压为U_dc，当正常运行时，各单元n/(n+1)额定容量工作，对应的直流侧的电压参考值为nU_dc/(n+1)，当检测到某相中某一功率单元发生故障时，控制系统发出控制命令旁路该故障单元，同时，调节该相中其他n个非故障单元直流参考电压值，通过UPF整流控制将直流侧电压稳定在U_dc；

步骤三，旁路故障后对CPS-SPWM开关的调整：首先，级联H桥型DSTATCOM的CPS-SPWM脉冲生成时序，取级联单元N＝5，I_X1、I_X2、I_X3、I_X4分别为各功率单元左桥臂上、下和右桥臂上、下IGBT开关器件，X＝1......5；U_dc代表各单元直流侧电压，各功率单元载波V_rx，x＝1......5相互错开的时间为T_s＝T_c/2N，其中T_c为载波周期，载波V_rx的相位与V_rx’相差180°，分别用来形成功率单元x的I_x1和I_x4的触发脉冲，u_s为SPWM调制波；在t_n时刻时刻，n＝1......10，t_k+1＝T_s为一个周期采样调制波u_s，生成SPWM触发脉冲P_x1和P_x4，分别对应触发I_x1和I_x4，I_x2和I_x3的触发脉冲P_x2、P_x3分别与P_x1和P_x4相反，在实际中加死区延时，x＝1......5，设n+1级联装置的载波频率1/T_c，采样周期为T_s，则T_s＝T_c/2(n+1)，当某相中某一功率单元发生故障而被旁路后，如果仍然按照故障前n+1级联单元数生成触发脉冲，则装置输出电压由于只由n个单元输出电压叠加而成，谐波含量将会增加，因此，对剩余n个非故障单元的CPS-SPWM开关调制作出相应的调整，即按照n级联单元数生成触发脉冲。