面向复用冗余单元型HANPC外管开路故障的容错控制方法

本发明涉及发电，具体涉及面向复用冗余单元型外管开路故障的容错控制方法。

背景技术：

1、基于4sic与2si混合型三电平有源中点钳位逆变器(hybrid active neutralpoint converter，)有效结合异质器件各自优势，具备更高的功率密度与更低的损耗，在大功率场合具有较好的应用前景。然而，sic功率开关长期处于高频工作状态，易发生功率器件开路故障，影响装置可靠性。因此，装置sic功率开关故障容错问题需要特别关注。由于不具备对外管位置上的sic功率开关故障容错的能力，基于软件的方案无法保障此场景下装置的安全稳定运行，只能采用硬件方法进行容错。

2、借鉴共享冗余单元结构的t型拓扑构建思想，复用冗余单元型被提出用于对外管开路故障的容错。但是，其相应的容错控制策略存在不足。一方面全两电平调制策略未充分调动健康器件故障调控参与能力，该策略下装置输出电流谐波畸变率较大；另一方面，传统的“两电平+三电平”混合调制策略不能完全消除中点电位的低频振荡，这会影响电容寿命，增加开关额外的电压应力与交流侧输出电流纹波，进而降低整个装置可靠性。

3、综上，为提升容错运行下复用冗余单元型输出电流质量与健康功率器件利用率，提出一种面向复用冗余单元型外管开路故障的容错控制方法，这对于提高容错运行性能具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了面向复用冗余单元型外管开路故障的容错控制方法，用以至少解决现有技术中的控制策略输出电流质量低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、面向复用冗余单元型外管开路故障的容错控制方法，基于复用冗余单元型系统并网简化电路，包括：开关，开关冗余开关 s1与 s2；外管和；包括以下步骤：

4、s1.根据每一相的状态，针对每个扇区选取故障后有效电压矢量构成开关矢量序列，计算开关矢量序列中的各矢量占空比；

5、s2.若s1中选取矢量占空比，则控制周期内采用两电平调制策略；若选取矢量占空比，则进行s3；

6、s3.基于各矢量占空比，合成容错调制波；

7、s4.将容错调制波与三角载波比较，得到各开关脉冲控制信号。

8、优选的，s1中所构成的开关矢量序列包括：

9、第1扇区：；

10、第2扇区：；

11、第3扇区：；

12、第4扇区：；

13、第5扇区：；

14、第6扇区：；

15、其中，表示各矢量作用时间，为大扇区序号，为小扇区序号，每个扇区内各矢量作用时间所满足的约束关系为：

16、                    (1)

17、式中，和分别表示逆变器三相输出电压合成空间矢量在60度标幺化坐标系中的横坐标与纵坐标；若或；若或若或。

18、优选的，s1中计算开关矢量序列中的各矢量占空比的方法为：

19、                    (2)

20、其中，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比。

21、优选的，s2中两电平调制策略的具体内容包括：

22、开关 s1与 s2处于长通状态，其余开关情况具体为：

23、；

24、其中，表示相桥臂输出电平为，表示相桥臂输出电平为，在开关函数中0表示开关关断，1表示开关导通，为直流侧电压。

25、优选的，s3中所合成的容错调制波具体为：

26、                    (3)

27、                     (4)

28、                    (5)

29、其中，和分别为和三相的容错调制波，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比，为所对应矢量的占空比，表示各矢量作用时间，为大扇区序号，为小扇区序号。

30、优选的，s4中将容错调制波与同相层叠三角载波比较，得到各开关脉冲控制信号具体内容包括：

31、s41.确立各扇区容错开关状态逻辑，具体为：

32、

33、；

34、其中，表示相桥臂输出电平为，表示相桥臂输出电平为0；表示相桥臂输出电平为；；，为直流侧电压；

35、s42.确定开关周期内每相桥臂的切换序列：

36、第1扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第1扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第1扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

37、第2扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第2扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第2扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

38、第3扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第3扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第3扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

39、第4扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第4扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第1扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

40、第5扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第5扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第5扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

41、第6扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第6扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；第3扇区相容错调制波大于三角载波，相桥臂采用开关状态，否则采用开关状态；

42、s43.根据s42中的开关切换方法，查询开关切换方法所对应开关函数，得到输出脉冲控制信号，控制各开关的导通与关断。

43、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了面向复用冗余单元型外管开路故障的容错控制方法，具有以下有益效果：

44、（1）本发明通过选取故障后有效电压矢量构成基于四矢量的容错开关序列，充分发挥冗余单元容错潜力，实现装置多外管故障容错运行，极大提高了装置的可靠性，具有良好的工程应用前景；

45、（2）本发明实现了装置故障容错运行下混合电平调制，相比传统两电平调制，输出电流谐波畸变率更低；同时解决了传统“两电平+三电平”容错控制策略下的中点电位低频振荡问题，具备较强的中点电位控制能力。