一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法，级联型固态变压器采用链式结构，每一相由N个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个H桥模块和一个与H桥模块直流侧输出端口并联的隔离型DC/DC模块。容错方法针对不同开关器件故障提出，包括四电平调制方法、单电容电压三电平调制方法、双电容电压三电平调制方法和半周期两电平调制方法，适用于H桥模块中开关器件发生的各类短路、断路故障，最大程度利用故障模块，故障后只需通过改变调制策略相应减少模块输出电压，无需对控制策略进行改变，保证每个模块电容继续均压，故障前后级联型多电平变压器输出功率一致，有效提高级联型固态变压器的运行可靠性。运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法


[0001]本专利技术涉及一种级联型固态变压器容错调制方法，特别涉及一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力容量的不断增加，数据中心、储能系统、电动汽车充电站等不同应用领域对大规模电源中心的需求越来越大。电源中心必须保证24小时持续提供服务，需要避免停电、电压骤降等的电能质量问题，否则会带来巨额经济损失。因此在电源中心的供电系统中，需要不间断电源(UPS)防止设备在停电和其他干扰期间停机，以维持系统正常安全运行。
[0003]目前UPS的架构中，低压UPS系统具有更高的配电损耗、更大的占地面积，这对于城市中心的大型数据中心已不再适用。中压UPS系统直接挂接在中压电网侧，从而减少了400V或480V低压侧的设备数量，大大减小低压侧占地面积。通过高频变压器的应用，并使用功率变换装置将中压交流供电输入变换成为低压电源输出的中压UPS方案，将更加适用于多类型市场，并且可以适配这些市场中不断增加的电力容量以及配电系统对较低规模、重量和成本的需求。
[0004]应用于中压UPS系统中的固态变压器拓扑方案通常采用级联型拓扑，该拓扑的中压整流侧采用级联H桥结构，之后接高频隔离DC
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DC。该类拓扑当前并未见成熟产品，因此其故障模式、保护策略均存在较大的不确定因素，亟需进行进一步的探索研究工作。
[0005]开关器件的故障分为开路故障和短路故障，短路故障通常会引发系统的过流保护，开路故障较短路故障更为常见，通常由器件自身损坏、触发脉冲丢失以及接线松动等原因造成。针对以上两种开关器件故障，现有的容错方法主要分为硬件冗余和软件容错控制两种，硬件冗余通过增加辅助模块替换控制模块，控制方法简单，但会增加系统体积和成本；软件容错控制一般采用旁路开关，将故障模块从电路中切除，但并没有针对不同的开关器件故障采用不同的容错方法，无法最大限度地利用故障模块的开关器件。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，为了解决现有技术中容错方法需要硬件冗余器件且无法最大限度地利用故障模块的开关器件的不足，本专利技术提出了一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法，该方法针对不同开关器件故障提出不同的调制方法，能够最大程度地利用故障模块，即故障后只需通过改变调制策略相应减少模块输出电压，无需对控制策略进行改变，就能让系统继续稳定运行，且能保证每个模块电容继续均压，故障前后模块级联型固态变压器的输出功率一致。本专利技术无需任何硬件冗余，当开关管故障时系统仍能继续稳定运行，大大减小了级联型固态变压器的成本和体积，适合在实际工程中应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法，所述级联型固态变压器采用链式结构，每一相由N个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个H桥模块和一个与H桥模块直流侧输出端口并联的隔离型DC/DC模块；单个H桥模块由两个相同的单相T型三电平模块直流侧并联连接，单个单相T型三电平模块包含四个开关管，其中第i个H桥模块中第一个单相T型三电平模块的四个开关管分别标记为Sxi
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1、Sxi
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2、Sxi
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3、Sxi
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4，第二个单相T型三电平模块的四个开关管分别标记为Sxi
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1、Sxi
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2、Sxi
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3、Sxi
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4；单个单相T型三电平模块包含三个桥臂，从上到下分别标记为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；其中，第一桥臂含开关管Sxi
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1，第二桥臂含开关管Sxi
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2和开关管Sxi
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3，第三桥臂含开关管Sxi
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4；
[0009]所述的故障容错调制方法为在H桥模块中单相T型三电平模块发生短路、断路故障时，改变调制策略减少模块输出电压，包括：
[0010](1)当H桥模块中故障开关管使单个单相T型三电平模块的第一桥臂或第三桥臂恒关断时，调制方法切换为四电平调制方法；
[0011]H桥模块中发生故障的单相T型三电平模块采用两个桥臂进行两电平调制，即第一桥臂恒关断时，通过第二桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，第三桥臂恒关断时，通过第一桥臂和第二桥臂开通和关断切换进行调制；H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块调制策略与故障前一致，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；
[0012](2)当H桥模块中故障开关管使单个单相T型三电平模块的第二桥臂恒开通时，调制方法切换为单电容电压三电平调制方法；
[0013]H桥模块中发生故障的单相T型三电平模块的第一桥臂和第三桥臂恒关断，H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块调制策略与故障前一致，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；
[0014](3)当H桥模块中故障开关管使单相T型三电平模块的第二桥臂恒关断时，调制方法切换为双电容电压三电平调制方法；
[0015]H桥模块中两个单相T型三电平模块的第二桥臂均恒关断，通过第一桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；
[0016](4)当H桥模块中故障开关管使单相T型三电平模块的第一桥臂或第三桥臂恒开通时，调制方法切换为半周期两电平调制方法；
[0017]H桥中发生短路故障的单相T型三电平模块第一桥臂恒导通时，其第二桥臂和第三桥臂开关管恒关断；第三桥臂恒导通时，第二桥臂和第一桥臂开关管恒关断；H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块第二桥臂恒关断，通过第一桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致。
[0018]作为本专利技术的优选，所述的四电平调制方法适用于H桥模块单个单相T型三电平模块开关管Sxi
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1、开关管Sxi
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4中任意一个发生单管断路故障，或开关管Sxi
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2、开关管Sxi
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3中任意一个发生单管短路故障。
[0019]作为本专利技术的优选，所述的单个单相T型三电平模块的第二桥臂恒开通对应的单电容电压三电平调制方法适用于开关管Sxi
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1、开关管Sxi
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4中任意一个发生单管断路
故障，或开关管Sxi
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1和开关管Sx本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法，所述级联型固态变压器采用链式结构，每一相由N个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个H桥模块和一个与H桥模块直流侧输出端口并联的隔离型DC/DC模块；单个H桥模块由两个相同的单相T型三电平模块直流侧并联连接，单个单相T型三电平模块包含四个开关管，其中第i个H桥模块中第一个单相T型三电平模块的四个开关管分别标记为Sxi
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1、Sxi
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2、Sxi
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3、Sxi
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4，第二个单相T型三电平模块的四个开关管分别标记为Sxi
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1、Sxi
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2、Sxi
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3、Sxi
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4；单个单相T型三电平模块包含三个桥臂，从上到下分别标记为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；其中，第一桥臂含开关管Sxi
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1，第二桥臂含开关管Sxi
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2和开关管Sxi
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3，第三桥臂含开关管Sxi
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4；其特征在于：所述的故障容错调制方法为在H桥模块中单相T型三电平模块发生短路、断路故障时，改变调制策略减少模块输出电压，包括：(1)当H桥模块中故障开关管使单个单相T型三电平模块的第一桥臂或第三桥臂恒关断时，调制方法切换为四电平调制方法；H桥模块中发生故障的单相T型三电平模块采用两个桥臂进行两电平调制，即第一桥臂恒关断时，通过第二桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，第三桥臂恒关断时，通过第一桥臂和第二桥臂开通和关断切换进行调制；H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块调制策略与故障前一致，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；(2)当H桥模块中故障开关管使单个单相T型三电平模块的第二桥臂恒开通时，调制方法切换为单电容电压三电平调制方法；H桥模块中发生故障的单相T型三电平模块的第一桥臂和第三桥臂恒关断，H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块调制策略与故障前一致，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；(3)当H桥模块中故障开关管使单相T型三电平模块的第二桥臂恒关断时，调制方法切换为双电容电压三电平调制方法；H桥模块中两个单相T型三电平模块的第二桥臂均恒关断，通过第一桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致；(4)当H桥模块中故障开关管使单相T型三电平模块的第一桥臂或第三桥臂恒开通时，调制方法切换为半周期两电平调制方法；H桥模块中发生短路故障的单相T型三电平模块第一桥臂恒导通时，其第二桥臂和第三桥臂开关管恒关断；第三桥臂恒导通时，第二桥臂和第一桥臂开关管恒关断；H桥中另一未发生故障的单相T型三电平模块第二桥臂恒关断，通过第一桥臂和第三桥臂开通和关断切换进行调制，其余非故障H桥模块中两个单相T型三电平模块调制策略与故障前一致。2.根据权利要求1所述的一种基于单相T型三电平H桥的级联型固态变压器故障容错调制方法，其特征在于：所述的四电平调制方法适用于H桥模块单个单相T型三电平模块开关管Sxi
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1、开关管Sxi
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4中任意一个发生单管断路故障，或开关管Sxi
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2、开...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楚杉，祝琳，杨欢，李武华，何湘宁，张石磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：