[发明专利]基于模块化多电平变换器的直流电网及多层容错控制方法

权利要求书

1.一种基于模块化多电平变换器的直流电网，其特征在于，包括两条互为备用的中压直流母线；每条中压直流母线各与分布式电源、储能系统、多个配电区连接，所述配电区包括DC/DC变换器；所述DC/DC变换器通过四绕组中频变压器与两个交流子系统连接；

所述两个交流子系统各与一条低压直流母线连接；

所述四绕组中频变压器的数学模型为：

其中L_σp1和L_σp2分别表示四绕组中频变压器原边上、下绕组的漏电感，且两者相等，为L_σp；L_σs1和L_σs2分别表示四绕组中频变压器副边上、下绕组的漏电感，且两者相等，为L_σs；R_σp1和R_σp2分别表示四绕组中频变压器原边上、下绕组的漏电阻，且两者相等，为R_σp；R_σs1和R_σs2分别表示四绕组中频变压器副边上、下绕组的漏电阻，且两者相等，为R_σs；下标P和S分别表示原边绕组与副边绕组，n₁为原边绕组匝数，n₂为副边绕组匝数，n为四绕组中频变压器匝数比；V_pA和V_nA是四绕组中频变压器上、下臂电压，i_lA和i_la是四绕组中频变压器二次侧绕组的输出电流，V_oa和V_oA是二次侧绕组的输出电压。

2.一种权利要求1所述的直流电网的多层容错控制方法，其特征在于，包括模块化多电平变换器子模块层级故障容错控制部分、相层级故障容错控制部分和母线层级故障容错控制部分；其中：

模块化多电平变换器子模块层级故障容错控制部分包括以下步骤：

1)采集模块化多电平变换器各相上、下桥臂电流i_px,i_nx，分别计算出子模块故障时各相环流电流i_cirx；i_cirx＝(i_px+i_nx)/2，其中，x＝a,b,c；

2)将环流电流i_cirx送入基频陷波器和二倍频陷波器，分别剔除基频环流分量i_cirx1和二倍频环流分量i_cirx2，得到剔除i_cirx1和i_cirx2后的环流电流i_cirx0，从而计算得到子模块故障时环流电流中基频交流环流分量和二倍频交流环流分量之和i_cirx1，2，i_cirx1，2＝i_cirx1+i_cirx2＝i_cirx-i_cirx0；

3)用基频环流分量参考值i^*_cirx1和二倍频环流分量参考值i^*_cirx2减去i_cirx1，2，得到环流电流误差调节信号Δi_cirx，Δi_cirx＝i^*_cirx1+i^*_cirx2-i_cirx1，2；

4)将各相环流电流误差调节信号Δi_cirx送入各相的重复控制器，得到各相环流电压调节信号ΔU_cirx，将环流电压调节信号ΔU_cirx叠加到各相上、下桥臂的调制波中，从而补偿上、下桥臂的基频和二倍频环流电压，进而抑制基频和二倍频环流电流；

相层级故障容错控制部分包括以下步骤：

1)模块化多电平变换器的上、下桥臂可用子模块数少于额定工作数或者模块化多电平变换器连接的四绕组中频变压器发生故障时，封锁该故障相的所有子模块，实现故障相全部子模块的停运；

2)将模块化多电平变换器故障相的上、下桥臂的输出端与模块化多电平变换器直流侧的中性点相连，实现故障相的桥臂与该相所连接的四绕组中频变压器的旁路，同时所连接四绕组中频变压器由YY结构运行转换为VV型结构运行，实现模块化多电平变换器的两相运行；

3)识别出故障相后，维持模块化多电平变换器正常两相的上、下桥臂调制波信号幅值不变，对正常两相的调制波初始相位进行重构，即调制波的角度差由120度调整为60度，实现交流子系统的三相输出；

母线层级故障容错控制部分包括：

1)采集配电区内低压直流母线的母线电流信号i_xl1、i_xl2，其中，i_xl1表示第x配电区的第一条低压直流母线的电流信号，i_xl2表示第x配电区的第二条低压直流母线的电流信号；

2)判别低压直流母线电流信号，当出现故障电流信号时，封锁与该故障低压直流母线相连的PWM整流器的功率管触发信号，故障低压直流母线退出运行；

3)切除故障低压直流母线所连接的PWM整流器的三相交流输入侧与模块化多电平变换器交流侧的电气连接，实现故障隔离，此时四绕组中频变压器转化为三绕组变压器运行；

4)将故障低压直流母线所接负载转移至配电区内自备用低压母线维持正常供电，保持各配电区内的功率平衡并减少功率冲击。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，多电平变换器正常两相的上、下桥臂调制波信号为：

若A相因故障旁路后，B相和C相的调制波初始相位分别为150°和210°，此时B、C两相的上、下桥臂调制信号为：

其中，m_pB和m_nB分别表示B相的上、下桥臂调制信号，m_pC和m_nC分别表示C相的上、下桥臂调制信号；k为调制比；

若B相因故障旁路后，A相和C相的调制波初始相位分别为30°和90°，此时A、C两相的上、下桥臂调制信号为：

其中，m_pA和m_nA分别表示B相的上、下桥臂调制信号，m_pC和m_nC分别表示C相的上、下桥臂调制信号；

C相因故障旁路后，A相和B相的调制波初始相位分别为-30°和-90°，此时A、C两相的上、下桥臂调制信号为：

其中，m_pA和m_nA分别表示A相的上、下桥臂调制信号，m_pB和m_nB分别表示B相的上、下桥臂调制信号。