【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及牵引供电，具体涉及一种单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法。
技术介绍
1、本专利技术涉及到的单相三电平有源中点箝位级联逆变器属于电压源型级联逆变器，其与传统的多电平变换器相比，可以提供更高电压的输出，并且具备更好的电能质量、更高的转换效率以及更低的谐波失真，且模块化的结构也使其能够轻松拓展到更高的级别。得益于上述优势，目前级联逆变器已经广泛应用于商业化变速驱动装置，静态同步补偿装置以及电池储能系统等领域。然而，由于单相三电平有源中点箝位级联逆变器中存在大量大功率开关器件且在高压大电流运行工况下长期服役，在极端情况下会发生故障，严重影响级联逆变器的安全稳定运行。因此，需要针对不同的故障类型采取对应的容错控制策略，使得级联逆变器在故障后仍能保持较为稳定的输出。对于正常运行情况下的单相三电平有源中点箝位级联逆变器来说，按照调制能够在交流侧的输出端口形成标准的阶梯波，但是一旦模块内的开关器件发生故障会对级联逆变器的正常运行产生一定影响。根据传统容错控制方法，通过级联逆变器自身的硬件电路对故障模块进行旁路操作，可以利用剩余模块实现级联逆变器的容错运行。这种方式可以有效切除故障模块，但同时也会造成故障模块中非故障器件的浪费，因此如何针对故障模块中的剩余可输出电平进行充分利用是需要解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法解决了现有直接切除方式造成故障模块中非故障器件的浪费，未充分利用故障模块
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、提供一种单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其包括以下步骤：
4、s1、获取单相三电平anpc逆变器的合成矢量与输出电平的关系；
5、s2、基于单相三电平anpc逆变器的合成矢量与输出电平的关系，获取单相三电平anpc逆变器正常状态下的电平系数矩阵、合成矢量矩阵和输出电平矩阵；
6、s3、根据单相三电平anpc逆变器正常状态下的合成矢量矩阵和输出电平矩阵，分别获取单相三电平anpc逆变器中a桥臂和b桥臂中单管故障和双管故障下的缺失合成矢量和剩余可输出电平；
7、s4、根据步骤s3中的缺失合成矢量和剩余可输出电平情况，对开关器件的故障类型进行划分；
8、s5、基于开关器件的故障类型和单相三电平anpc逆变器正常状态下的电平系数矩阵，以故障模块输出电平损失程度最小为目的，进行单相三电平有源中点箝位级联逆变器的模块内容错控制；
9、s6、采用单相三电平有源中点箝位级联逆变器中正常运行的单相三电平anpc逆变器的冗余性能对进行模块内容错控制后缺失电平进行补偿；
10、其中，单相三电平有源中点箝位级联逆变器包括n个级联的单相三电平anpc逆变器，每个单相三电平anpc逆变器均包括两个直流侧电容、a桥臂和b桥臂；a桥臂和b桥臂的结构相同；两个桥臂的输入连接点分别与直流侧的正负极相连；每个桥臂均包括上桥臂和下桥臂；在上桥臂中，外管sx1的发射极与外管sx5的集电极和内管sx2的集电极相连；在下桥臂中，外管sx6的发射极与外管sx4的集电极和内管sx3的发射极相连；外管sx5的发射极与外管sx6的集电极相连；内管sx2的发射极和内管sx3的集电极相连并作为该x桥臂的输出端；x为a或b，x＝a时表示a桥臂，x＝b时表示b桥臂。
11、进一步地，步骤s4的具体方法为：
12、若单相三电平anpc逆变器无电平缺失，则将该故障类型记为a；
13、若单相三电平anpc逆变器完全缺失2e电平或-2e电平，则将该故障类型记为b；其中缺失2e电平的故障类型为b1，缺少-2e电平的故障类型为b2；
14、若单相三电平anpc逆变器完全缺失正负两侧的对称电平2e和-2e，则将该故障类型记为c；
15、若单相三电平anpc逆变器完全缺失单侧的所有电平，则将该故障类型记为d；其中缺失单侧电平2e和e的故障类型为d1，缺失单侧电平-2e和-e的故障类型为d2；
16、将其他故障类型记为不可容错类型e。
17、进一步地，步骤s5的具体方法包括以下子步骤：
18、s5-1、获取当前单相三电平anpc逆变器的故障类型，记录该故障下仍可正常输出电平系数组合在单相三电平anpc逆变器正常状态下的电平系数矩阵中的位置；
19、s5-2、获取单相三电平anpc逆变器正常状态下的电平系数矩阵中对应位置上支撑剩余可输出电平的具体合成矢量；
20、s5-3、采用步骤s5-2得到的合成矢量对单相三电平anpc逆变器故障下发生异变的合成矢量进行替换输出，完成单相三电平有源中点箝位级联逆变器的模块内容错控制。
21、进一步地，在步骤s5-3中，采用同合成矢量组内冗余矢量相互替换、同输出电平下冗余矢量相互替换和降输出电平下矢量相互替换方式进行合成矢量替换输出。
22、进一步地，步骤s6的具体方法包括以下子步骤：
23、s6-1、根据单相三电平有源中点箝位级联逆变器中单相三电平anpc逆变器的级联数量和单个单相三电平anpc逆变器可输出的所有电平，得到各层级联输出对应的电平序列组合；
24、s6-2、根据故障类型获取故障单相三电平anpc逆变器所缺失的电平并计算级联输出电平的范围；
25、s6-3、通过正常运行的单相三电平anpc逆变器的冗余性能，对步骤s6-2计算得到的每一个级联输出电平进行电平序列组合替换，完成对进行模块内容错控制后缺失电平的补偿。
26、本专利技术的有益效果为：
27、1、本方法在拓扑结构上较单相三电平中点箝位级联逆变器来说，提供了更多的冗余矢量，容错能力更强，在故障模块(故障单相三电平anpc逆变器)内缺失多个电平的极端情况下也能对部分故障类型进行容错控制。
28、2、本方法利用单相三电平有源中点箝位级联逆变器提供的冗余矢量，在不切除故障模块的情况下，通过模块(单相三电平anpc逆变器)内、模块间两层容错控制的方式对故障模块中缺失电平进行补偿，最大限度地发挥了电力电子变换器自身的冗余性能。
29、3、本方法可以通过逆变器矩阵模型来判断模块的故障类型，并根据分析得到的各种故障类型总结出通用的矢量替换方案，针对可容错的所有故障类型均能通过矢量替换改善受故障影响的所有畸变输出电平，在此基础上进行的模块间故障容错可以将缺失电平进行完全补偿，以实现单相三电平有源中点箝位级联逆变器的稳定运行。
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1.一种单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S1中合成矢量与输出电平的关系为：
3.根据权利要求2所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S2中单相三电平ANPC逆变器正常状态下的电平系数矩阵、合成矢量矩阵和输出电平矩阵的表达式分别为：
4.根据权利要求3所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S3中单相三电平ANPC逆变器中单管故障下的缺少合成矢量情况为：
5.根据权利要求4所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S4的具体方法为：
6.根据权利要求5所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S5的具体方法包括以下子步骤：
7.根据权利要求6所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，在步骤S5-3中，采用同合成矢量组内冗余矢量相互替换、同输出
8.根据权利要求1所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤S6的具体方法包括以下子步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤s1中合成矢量与输出电平的关系为：
3.根据权利要求2所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤s2中单相三电平anpc逆变器正常状态下的电平系数矩阵、合成矢量矩阵和输出电平矩阵的表达式分别为：
4.根据权利要求3所述的单相三电平有源中点箝位级联逆变器的容错控制方法，其特征在于，步骤s3中单相三电平anpc逆变器中单管故障下的缺少合成矢量情况为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，金响，王卓然，曾理，王尔聪，韩鹏程，王东，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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