[发明专利]一种提高输出线电压幅值的级联多电平变流器容错控制方法

说明书

本发明提出一种提高输出线电压幅值的级联多电平变流器容错控制方法，即一种新型的基于固定削峰角的零序基波和三次谐波注入方法，包括：首先检测三相星接变流器是否有功率单元发生故障，当检测到有功率单元发生故障后，将故障单元旁路；判断旁路后变流器各相最大输出电压能否满足输出电压要求，根据判断结果调整非故障功率单元的调制度，从而保持三相输出线电压的平衡、保证变流器系统的容错运行。该发明旨在通过寻找最优削峰角抑制零序注入所导致的非故障相电压的提高，从而提高变流器故障运行时的输出线电压幅值、提高直流母线电压利用率、提高变流器系统的可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种提高输出线电压幅值的级联多电平变流器容错控制方法。

背景技术

级联多电平变流器由多个功率单元串联叠加而成，可以使用低压半导体器件实现高电压、大功率、高质量的电能输出。同时，模块化的结构也使其易于设计、组装、维护和拓展，在冶金轧钢、新能源电网、船舶推进、STATCOM等领域逐步得到应用。在这些大功率应用场合中，变流器的可靠性至关重要，在一些部件发生故障后需要尽可能采用降低容量运行的方式运行，避免触发停机带来更大损失。而随着电压等级的升高，变流器中功率开关器件的数量不断增加，故障概率也随之提高，因此，级联多电平变流器容错控制方法对变流器的高可靠运行能力非常重要。

目前常采用硬件冗余与系统重构相结合的容错控制方法。前者是设置冗余单元用来替换故障单元；后者是将故障单元旁路后，可对系统重新架构，利用剩余可正常工作的功率单元，降低系统容量继续运行。常用的系统重构方式主要有同级旁路法和中性点偏移法。对于三相变流器，同级旁路法是将故障相的故障单元旁路的同时，在其他两相中也旁路相同数量的正常功率单元，使三相中剩余工作模块数量相同。这种方法操作简单，但牺牲了正常功率单元的输出能力，使输出线电压降幅较大。JoséRodríguez，Peter W.Hammond等在文献“Operation of a medium-voltage drive under faulty conditions[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2005,52(4):1080-1085.”中描述了一种用于三相星接变流器的中性点偏移法，通过注入零序电压改变中性点的位置，重点在于求解注入后各相电压的幅值和相位偏移角。这种方法往往会导致非故障相电压的相对升高，对正常功率模块的利用不充分。中国发明专利CN104269998A和CN111756052A以及汪伟,蔡慧等在文献“单元串联式高压变频器功率单元故障处理技术的研究[J].电气传动,2010,40(12):5.”中分别公开了不同的基于中性点偏移法的级联多电平变流器容错控制方法。三种方法的偏移方式不同，但同样会导致非故障相电压的相对升高。如何能够在不提高非故障相电压的情况下降低故障相电压、提高母线电压利用率，成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种提高级联多电平变流器母线电压利用率的容错控制方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种提高输出线电压幅值的级联多电平变流器容错控制方法，所述级联多电平变流器包括三相星接变流器，所述三相星接变流器每相串联多个功率单元，每个功率单元由三相全波整流桥、直流母线电容、H桥逆变桥及输出开关组成，当功率单元的输出开关处于第一位置时，该功率单元串联在主电路中，当功率单元的输出开关处于第二位置时，该功率单元被旁路，变流器的输出连接负载；首先检测所述三相星接变流器是否有功率单元发生故障，当检测到有功率单元发生故障后，将所述发生故障的功率单元旁路；判断故障的功率单元旁路后所述三相星接变流器各相最大输出电压能否满足输出要求，根据判断结果调整非故障的功率单元H桥逆变桥的功率器件的调制度，保持三相输出线电压的平衡从而保证变流器的运行。