一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法技术

本发明专利技术公开了涉及多电平变流器容错技术领域的一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法，变流器包括直流输入、内桥臂、外桥臂、保护隔离电路、容错切换电路、冗余桥臂和三相输出；所述容错方法包括正常模式和容错模式。本发明专利技术通过冗余结构提升变流器的容错能力，变流器的内桥臂、外桥臂可由同一组冗余功率开关管替换，提升了功率开关管的利用率；通过对故障进行精准隔离、替换，不仅减少了使用的冗余功率开关管数量，而且克服了容错运行输出电平数减少的问题，降低了冗余成本、提升了容错效果；通过将硬件、软件容错方法结合，能容错任意功率开关管和桥臂的开路、短路故障，保证了容错模式下输出功率和直流电压利用率不降低。模式下输出功率和直流电压利用率不降低。模式下输出功率和直流电压利用率不降低。

【技术实现步骤摘要】
一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法


[0001]本专利技术涉及多电平变流器容错
，具体涉及一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法。

技术介绍

[0002]随着新能源领域的发展，多电平变流器因为适用于中高压、大容量、高电能质量场合的特点而成为研究热点。其中，T型三电平变流器因为结构紧凑、损耗均衡等特点，越来越广泛地被应用到低压、大电流的场合中。然而，多电平结构中开关数量的增加也使得系统故障的风险增大，对系统的可靠性提出了挑战。
[0003]故障容错技术是提高变流器系统可靠性的重要手段之一，具体可以将其分为改变拓扑结构的硬件容错、改变调制策略的软件容错两大类方法。其中，硬件容错方法在变流器上增加冗余功率开关管以供备用，通过替换故障管、改变拓扑结构等方式来实现系统的容错运行；软件容错方法充分利用三电平自身的冗余开关状态，通过减少输出电平数、降低输出功率和直流电压利用率等方式来实现系统的容错运行。
[0004]目前，针对多电平变流器故障容错技术，国内外已经有了不少研究成果，研究者改变拓扑结构容错会导致功率开关管利用效率降低、系统冗余成本增加，改变调制策略会导致控制难度增加、系统性能降低，现有容错控制方法需要在成本和性能这两方面进行取舍，不利于满足实际工程应用需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种冗余结构T型三电平变流器，包括直流输入、内桥臂、外桥臂、保护隔离电路、容错切换电路、冗余桥臂和三相输出；
[0008]所述直流输入包括两个分压电容，具体为上电容C1和下电容C2，上电容C1正极与直流输入正极P点连接，下电容C2负极与直流输入负极N点连接，上电容C1和下电容C2串联连接于直流输入中点O；
[0009]所述内桥臂包括反向串联的内管V
x2
、V
x3
，反并联续流二极管D
x2
、D
x3
，内管V
x3
与直流输入中点O连接，内管V
x2
与三相桥臂输出点A、B、C连接；
[0010]所述外桥臂包括同向串联的外管V
x1
、V
x4
，反并联续流二极管D
x1
、D
x4
，外管V
x1
与直流输入正极P点连接，外管V
x4
与直流输入负极N点连接，外管V
x1
、V
x4
连接于三相桥臂输出点A、B、C；
[0011]所述保护隔离电路包括外桥臂快速熔断器F
x1
、F
x2
和内桥臂快速熔断器F
x3
，外桥臂快速熔断器F
x1
位于外管V
x1
与直流输入正极P点连接处，外桥臂快速熔断器F
x2
位于外管V
x4
与直流输入负极N点连接处，内桥臂快速熔断器F
x3
一端连接三相桥臂输出点A、B、C，另一端连
接容错切换电路和三相输出，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相；
[0012]所述容错切换电路包括两组双向可控晶闸管，具体为冗余桥臂输入晶闸管T
d1
、T
d2
，冗余桥臂输出晶闸管T
x
，冗余桥臂输入晶闸管T
d1
、T
d2
将冗余桥臂与直流输入正负极P、N两点连接，冗余桥臂输出晶闸管T
x
将冗余桥臂与三相输出连接，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相；
[0013]所述冗余桥臂包括冗余管V
d1
、V
d2
，反并联续流二极管D
d3
、D
d4
，中点箝位二极管D
d3
、D
d4
，冗余桥臂通过容错切换电路连接到直流输入与三相输出，从而投入容错运行。
[0014]优选地，所述容错方法包括正常模式和容错模式。
[0015]优选地，所述正常模式运行时，容错切换电路中的双向可控晶闸管关断，使得冗余桥臂保持隔离状态，变流器处于正常运行状态。
[0016]优选地，所述容错模式运行时，根据故障类型执行相应的开路、短路容错步骤，容错切换电路中的部分双向可控晶闸管导通，使得冗余桥臂接入。
[0017]优选地，所述开路容错运行步骤中，检测出开关管或桥臂开路故障后，封锁故障桥臂上开关管的触发信号，同时触发晶闸管导通来接入冗余桥臂，从而实现容错拓扑的切换，进一步调整触发信号实现开路故障的容错运行；
[0018]所述短路容错运行步骤中，短路电流使得保护隔离电路中的快速熔断器熔断，从而故障开关管或桥臂被隔离，短路故障被转化为桥臂开路故障，检测出桥臂开路故障后，继而下一步执行开路容错步骤。
[0019]优选地，所述开路容错运行步骤包括外桥臂开路容错步骤、内桥臂开路容错步骤和全桥臂开路容错步骤；
[0020]所述短路容错运行步骤包括外桥臂短路容错步骤和内桥臂短路容错步骤。
[0021]优选地，所述外桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的外管开路，或外管短路造成外桥臂快速熔断器熔断时，检测到外桥臂开路故障发生，首先封锁该相外管V
x1
、V
x4
的触发信号，同时触发冗余桥臂输入晶闸管T
d1
、T
d2
和该相的冗余桥臂输出晶闸管T
x
导通，冗余桥臂替换外桥臂工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于外桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相；
[0022]所述内桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管开路时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂未占用，首先封锁该相内管V
x2
、V
x3
的触发信号，同时触发该相的冗余桥臂输出晶闸管T
x
导通，冗余桥臂替换内桥臂工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于内桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相；
[0023]所述全桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管短路造成外桥臂快速熔断器、内桥臂快速熔断器均熔断时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，首先封锁该相内管V
x2
、V
x3
的触发信号，同时冗余桥臂切换到两电平运行状态，从而保证输出功率和直流电压利用率不降低，该相切换为两电平输出，变流器运行于全桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相。
[0024]优选地，所述外桥臂短路容错步骤为：当变流器x相的外管发生短路故障时，首先保护隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冗余结构T型三电平变流器，其特征在于，包括直流输入(1)、内桥臂(2)、外桥臂(3)、保护隔离电路(4)、容错切换电路(5)、冗余桥臂(6)和三相输出(7)；所述直流输入(1)包括两个分压电容，具体为上电容C1和下电容C2，上电容C1正极与直流输入(1)正极P点连接，下电容C2负极与直流输入(1)负极N点连接，上电容C1和下电容C2串联连接于直流输入(1)中点O；所述内桥臂(2)包括反向串联的内管V
x2
、V
x3
，反并联续流二极管D
x2
、D
x3
，内管V
x3
与直流输入(1)中点O连接，内管V
x2
与三相桥臂输出点A、B、C连接；所述外桥臂(3)包括同向串联的外管V
x1
、V
x4
，反并联续流二极管D
x1
、D
x4
，外管V
x1
与直流输入(1)正极P点连接，外管V
x4
与直流输入(1)负极N点连接，外管V
x1
、V
x4
连接于三相桥臂输出点A、B、C；所述保护隔离电路(4)包括外桥臂快速熔断器F
x1
、F
x2
和内桥臂快速熔断器F
x3
，外桥臂快速熔断器F
x1
位于外管V
x1
与直流输入(1)正极P点连接处，外桥臂快速熔断器F
x2
位于外管V
x4
与直流输入(1)负极N点连接处，内桥臂快速熔断器F
x3
一端连接三相桥臂输出点A、B、C，另一端连接容错切换电路(5)和三相输出(7)，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相；所述容错切换电路(5)包括两组双向可控晶闸管，具体为冗余桥臂输入晶闸管T
d1
、T
d2
，冗余桥臂输出晶闸管T
x
，冗余桥臂输入晶闸管T
d1
、T
d2
将冗余桥臂(6)与直流输入(1)正负极P、N两点连接，冗余桥臂输出晶闸管T
x
将冗余桥臂(6)与三相输出(7)连接，其中x＝a,b,c分别对应A、B、C三相，所述冗余桥臂(6)包括冗余管V
d1
、V
d2
，反并联续流二极管D
d3
、D
d4
，中点箝位二极管D
d3
、D
d4
，冗余桥臂(6)通过容错切换电路(5)连接到直流输入(1)与三相输出(7)，从而投入容错运行。2.一种冗余结构T型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述容错方法包括正常模式和容错模式。3.根据权利要求2所述的一种冗余结构T型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述正常模式运行时，容错切换电路(5)中的双向可控晶闸管关断，使得冗余桥臂(6)保持隔离状态，变流器处于正常运行状态。4.根据权利要求3所述的一种冗余结构T型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述容错模式运行时，根据故障类型执行相应的开路、短路容错步骤，容错切换电路(5)中的部分双向可控晶闸管导通，使得冗余桥臂(6)接入。5.根据权利要求4所述的一种冗余结构T型三...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，陶丹，徐帅，马光同，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：