[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

说明书

一种电力电子变压器级联功率模块冗余容错控制方法，适用于级联H桥型电力电子变压器。当级联功率模块发生故障时，在满足容错运行条件的情况下，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模块，使电力电子变压器平滑冗余切换，实现冗余切换的无间隙性和准确性。

技术领域

本发明涉及一种电力电子变压器级联功率模块的冗余容错控制方法。

背景技术

电力电子变压器除了具有传统变压器的电压等级变换和电气隔离功能之外，还具有潮流双向控制、电能质量控制、装置自保护与自诊断、通讯与信息交换等多种功能，并且具有不同电压等级的交流和直流端口，适用于多种类型的分布式能源、储能和负荷的灵活接入，以及交/直流电网的互联。它在智能电网、能源互联网及未来交直流互联电网中发挥不可替代的重要作用，是其实现电能变换和处理的核心装置。

作为一种应用于配电系统的柔性电力设备，电力电子变压器设备自身的可靠性对于配电网的安全可靠运行尤为重要。利用冗余和容错技术可以有效改善提高电力电子变压器的可靠性。针对电力电子变压器的冗余容错控制方法，通常需要重新计算电压矢量或者载波移相角度，或者改变调制比。例如中国专利CN103916041A、中国专利CN103560689A等。

这些已有方案的缺点是功率模块故障后需要复杂的控制方法，并且重新计算各功率模块的调制信号，因而动态切换过渡过程较长，而且无法避免在冗余切换时产生电流冲击。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电力电子变压器级联功率模块冗余容错运行控制复杂的缺点，提出一种电力电子变压器级联功率模块冗余容错控制方法。本发明无需调整功率模块的载波移相角度，也无需重新计算调制信号，即可实现故障单元的退出与冗余模块的投入，各功率模块状态的动态切换过程快速平滑。

应用本发明的电力电子变压器每相电路均由N+m个功率模块级联构成，且单相电路可独立运行。其中，N和m均为正整数，N为电力电子变压器单相电路中不含冗余模块在内的级联功率模块数量，m为冗余功率模块数量。各功率模块均由H桥单元和双有源桥串联谐振型DC-DC变换器组成。本发明对其中各串联谐振型DC-DC变换器采用开环的方波电压输出控制方法，在次级侧直流储能电容并联连接的方式下，各DC-DC变换器初级侧直流储能电容电压可实现自动均衡。

本发明电力电子变压器级联功率模块的冗余控制方法在功率模块电压可自动均衡的前提下，一旦发生功率模块故障，只要满足容错运行条件，即故障功率模块数量小于或等于冗余功率模块数量m，可将故障功率模块旁路，并将故障功率模块中H桥单元的脉宽调制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，具体步骤如下：

(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级联功率电路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，给冗余模块下发投入指令，将冗余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模块；如果故障功率模块数量大于冗余模块数量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，电力电子变压器级联功率电路停机并退出运行。