[发明专利]一种基于维也纳整流器的级联型多电平变换器故障容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于维也纳整流器的级联型多电平变换器故障容错控制方法，其技术特点是：级联型多电平变换器采用链式结构，每一相由n个维也纳整流器模块串联组成。所述容错控制方法针对基于维也纳整流器的级联型多电平变换器提出了单管短路容错控制方法和单管断路容错控制方法，适用于维也纳整流器模块中开关器件的短路和断路故障。所述容错控制方法最大程度地利用故障模块，故障后只需通过重构故障模块拓扑，相应的改变调制策略和控制方法，减少模块输出电压，就能保证故障后级联型多电平变换器继续稳定运行，有效提高级联型多电平变换器的运行可靠性。

技术领域

本发明涉及一种多电平变换器容错控制方法，特别涉及一种基于维也纳整流 器的级联型多电平变换器故障容错控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的迅速发展，高压大功率变换器的应用越来越广泛，多电 平技术能大范围提高变换器的工作电压等级和容量。级联型多电平变换器是一种 常见的多电平变换器结构，具有易于实现模块化、易于扩展、易实现多电平输出 等诸多优点，是当前输配电系统中电力电子装置的首选主电路拓扑结构之一。其 中，基于维也纳整流器的级联型多电平变换器具有开关管数量少，无桥臂直通风 险和效率高等诸多优势，在新能源汽车快速充电、微电网系统中的固态变压器、 牵引系统中的中频隔离变压器等中、高压大功率领域中具有良好的应用前景。

在大功率应用场合，变换器的可靠性十分重要，尤其级联型多电平变换器使 用了大量功率开关器件，随着电压等级的升高，开关器件数量进一步提升，将成 为多个潜在的故障点，系统的故障运行轻则造成输出电压电流波形畸变，重则导 致电网频率波动。因此，如何在故障后保证其可靠运行至关重要。

现有多电平变换器的容错控制方法，是在多电平变换器发生开关管故障后， 采用旁路开关直接将故障模块从电路中切除，这需要系统有很多硬件冗余器件， 大大增加了系统成本和体积。针对不同开关管故障采用不同的容错控制方法，目 前仍需要硬件冗余模块，这也会带来系统成本和体积的增加。

发明内容

鉴于上述，为了解决现有技术中不同开关管故障后容错控制方法均需要硬件 冗余器件的不足，本发明提出了一种基于维也纳整流器的级联型多电平变换器故 障容错控制方法，该方法针对不同开关管故障提出的不同控制方法，最大程度地 利用故障模块，只需切换控制策略，无需任何硬件冗余，使其在开关管故障时系 统仍能继续稳定运行，大大减小了多电平变换器的成本和体积，适合在实际工程 中应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于维也纳整流器的级联型多电平变换器故障容错控制方法，所述级 联型多电平变换器采用链式结构，每一相由n个维也纳整流器模块串联组成； 单个维也纳整流器模块包含四个开关管、四个二极管和两个电容器，第i个维 也纳整流器模块的四个开关管分别标记为Sxi-1-1、Sxi-1-2、Sxi-2-1、Sxi-2-2， 四个二极管分别标记为Dxi-1-1、Dxi-1-2、Dxi-2-1、Dxi-2-2，两个电容器分别 标记为Cxi-1、Cxi-2；单个维也纳整流器包含六个桥臂，从上到下分别标记为 第一桥臂1、第一桥臂2、第二桥臂1、第二桥臂2、第三桥臂1、第三桥臂2， 第一桥臂1含二极管Dxi-1-1，第二桥臂1含开关管Sxi-1-1、开关管Sxi-1-2， 第三桥臂1含二极管Dxi-1-2，第一桥臂2含二极管Dxi-2-1，第二桥臂2含开 关管Sxi-2-1、开关管Sxi-2-2，第三桥臂2含二极管Dxi-2-2；

所述的故障容错控制方法包括：

(1)当维也纳整流器模块开关管发生单管短路故障时，控制方法切换为单 管短路容错控制方法：步骤一，重构故障整流器模块等效拓扑；步骤二，故障 拓扑进行两电平调制；步骤三，将故障模块电容电压参考值降为原来一半；