一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略技术方案

本发明专利技术提出了一种具有容错功能的微网多逆变器系统结构及其相应的控制策略。当容错逆变器中的功率开关器件故障时，在切除故障功率开关器件后，将其余的功率开关器件与直流侧的电源重新构成一相，形成三相四开关结构以保持系统持续运行。容错逆变器允许不同桥臂的开关器件同时发生故障而进行重构。采用容错脉冲信号算法，结合下垂‑电压‑电流三环控制，形成容错逆变器的控制方法。给出两台逆变器的开关模式，分析了逆变器之间的环流问题及解决方法。给出了系统总体控制策略，容错逆变器的控制方法适用于正常运行状态与故障运行状态，不需转换控制算法，提高了系统运行的可靠性，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略
本专利技术涉及分散的电力能源集中化控制
，具体涉及一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略
技术介绍
由于能源危机和环境问题的日益突出，分布式电源得到迅猛发展。相当一部分分布式发电装置直接或者与负荷组成微网的形式通过逆变器接入配电网。因此微网中的重要组成部分是逆变器。逆变器中的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节，它的可靠性问题一直没有得到有效解决。逆变器一旦发生故障会导致整个系统不能正常工作，严重时将造成灾难性后果。在微网并网运行模式下，由于分布式微源是由逆变器并网，若逆变器发生故障，各个微源对流过保护的故障电流的增流或阻流作用会导致原来的保护误动或拒动，不同保护之间的配合也会失效。传统的处理方法是切除微网，虽然这可以极大地保护配电网的安全，却影响了供电的可靠性以及微网的效率。目前常用的逆变器容错方案,包括双机备份、和桥臂冗余等方式。双机备份采用两套逆变器,可靠性高,但系统结构复杂,体积和成本较高,设备利用率低。桥臂冗余是在某一桥臂发生故障时,通过隔离措施将故障桥臂与负载隔离,将输出相切换到辅助桥臂上；这种方式开关较多,驱动和辅助装置繁杂。四开关逆变器与六开关逆变器相比减少了一对开关管，装置体积、器件成本及损耗均有所降低，驱动电路的结构也相对简单。四开关逆变器控制技术在电机驱动领域的发展已相对成熟，国内外已有大量文献对四开关逆变器进行了研究。但是，当传统的三相四开关容错逆变器任意一个桥臂有一个开关故障，整个桥臂就得切除，容错空间小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有逆变器领域的现状，提出一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，在容错状态下微网多逆变器系统有四中工作模式，使得微网的容错空间、装置可靠性和利用率有了更大的提升！装置体积和成本得到大幅的下降。同时，有效保障了故障后分布式微源的供电持续能力。为此，本专利技术提供的技术方案是，一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，包括容错逆变器1和常规逆变器2；其所述的容错逆变器1，包括两个电压值相等的直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc和三端可控硅开关Tac、Tab、Tbc、Toa、Tob、Toc；其所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1、熔断器F1、F10、F9、F4和开关器件V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2、熔断器F2、F8、F5和开关器件V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3、熔断器F3、F7、F11、F6和开关器件V6；其所述的三端可控硅开关Tac的一端与Sc桥臂的熔断器F1和F10的中点相连，一端与Sa桥臂的熔断器F1和F10的中点相连；所述的三端可控硅开关Tab的一端与Sa桥臂的熔断器F6和F11的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；所述的三端可控硅开关Tbc的一端与Sc桥臂的熔断器F4和F9的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；其所述的Sa桥臂的熔断器F7和F11的中点与三端可控硅开关Toa的一端相连，所述的Sb桥臂的熔断器F2和F8的中点与三端可控硅开关Tob的一端相连，所述的Sc桥臂的熔断器F9和F10的中点与三端可控硅开关Toc的一端相连；三端可控硅Toa、Tob、Toc的另一端并联接入所述的两个直流电源的中点O；其所述的常规逆变器2包括一个直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc。其特征在于，所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1和V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2和V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3和V6。尤其是，本专利技术中所述的容错功能的微网多逆变器系统具有四种工作模式。工作模式1，容错逆变器1和常规逆变器2都处于正常工作状态；工作模式2，当容错逆变器1正常工作，常规逆变器2发生故障时，切除常规逆变器2；容错逆变器1继续使微网系统正常工作；工作模式3：当容错逆变器1和常规逆变器2都发生故障时，切除常规逆变器2，重构容错逆变器1为三相四开关型，即断开故障桥臂，并接通相应的三端双向可控硅开关使其容错运行；工作模式4，当常规逆变器2正常工作，容错逆变器1发生故障时，重构逆变器为三相四开关型。所述的具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，所述的容错逆变器1的实现步骤如下：若功率开关V1发生短路故障，则熔断熔断器F1，切除功率开关V1，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V1发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V4发生短路故障，则熔断熔断器F4，切除功率开关V4，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V4发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2发生短路故障，则熔断熔断器F2，切除功率开关V2，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V5发生短路故障，则熔断熔断器F5，切除功率开关V5，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V5发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V3发生短路故障，则熔断熔断器F3，切除功率开关V3，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V3发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V6发生短路故障，则熔断熔断器F6，切除功率开关V6，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V6发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V1和V4同时发生短路故障，则熔断熔断器F1和F4，切除功率开关V1和V4，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V1和V4同时发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2和V5同时发生短路故障，则熔断熔断器F2和F5，切除功率开关V2和V5，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2和V5同时发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V3和V6同时发生短路故障，则熔断熔断器F3和F6，切除功率开关V3和V6，接通三端双向可控硅开关To本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，包括容错逆变器1和常规逆变器2；其所述的容错逆变器1，包括两个电压值相等的直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc和三端可控硅开关Tac、Tab、Tbc、Toa、Tob、Toc；其所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1、熔断器F1、F10、F9、F4和开关器件V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2、熔断器F2、F8、F5和开关器件V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3、熔断器F3、F7、F11、F6和开关器件V6；其所述的三端可控硅开关Tac的一端与Sc桥臂的熔断器F1和F10的中点相连，一端与Sa桥臂的熔断器F1和F10的中点相连；所述的三端可控硅开关Tab的一端与Sa桥臂的熔断器F6和F11的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；所述的三端可控硅开关Tbc的一端与Sc桥臂的熔断器F4和F9的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；其所述的Sa桥臂的熔断器F7和F11的中点与三端可控硅开关Toa的一端相连，所述的Sb桥臂的熔断器F2和F8的中点与三端可控硅开关Tob的一端相连，所述的Sc桥臂的熔断器F9和F10的中点与三端可控硅开关Toc的一端相连；三端可控硅Toa、Tob、Toc的另一端并联接入所述的两个直流电源的中点O；其所述的常规逆变器2包括一个直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc，其特征在于，所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1和V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2和V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3和V6。...

【技术特征摘要】
1.一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，包括容错逆变器1和常规逆变器2；其所述的容错逆变器1，包括两个电压值相等的直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc和三端可控硅开关Tac、Tab、Tbc、Toa、Tob、Toc；其所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1、熔断器F1、F10、F9、F4和开关器件V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2、熔断器F2、F8、F5和开关器件V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3、熔断器F3、F7、F11、F6和开关器件V6；其所述的三端可控硅开关Tac的一端与Sc桥臂的熔断器F1和F10的中点相连，一端与Sa桥臂的熔断器F1和F10的中点相连；所述的三端可控硅开关Tab的一端与Sa桥臂的熔断器F6和F11的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；所述的三端可控硅开关Tbc的一端与Sc桥臂的熔断器F4和F9的中点相连，一端与Sb桥臂的熔断器F5和F8的中点相连；其所述的Sa桥臂的熔断器F7和F11的中点与三端可控硅开关Toa的一端相连，所述的Sb桥臂的熔断器F2和F8的中点与三端可控硅开关Tob的一端相连，所述的Sc桥臂的熔断器F9和F10的中点与三端可控硅开关Toc的一端相连；三端可控硅Toa、Tob、Toc的另一端并联接入所述的两个直流电源的中点O；其所述的常规逆变器2包括一个直流电源和三个并联的桥臂Sa、Sb、Sc，其特征在于，所述的Sc桥臂，依次串联开关器件V1和V4；所述的Sb桥臂，依次串联开关器件V2和V5；所述的Sa桥臂，依次串联开关器件V3和V6。2.根据权利要求1所述的具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，所述的容错功能的微网多逆变器系统具有四种工作模式：工作模式1，容错逆变器1和常规逆变器2都处于正常工作状态；工作模式2，当容错逆变器1正常工作，常规逆变器2发生故障时，切除常规逆变器2；容错逆变器1继续使微网系统正常工作；工作模式3：当容错逆变器1和常规逆变器2都发生故障时，切除常规逆变器2，重构容错逆变器1为三相四开关型，即断开故障桥臂，并接通相应的三端双向可控硅开关使其容错运行；工作模式4，当常规逆变器2正常工作，容错逆变器1发生故障时，重构逆变器为三相四开关型。3.根据权利要求1所述的具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，所述的容错逆变器1的实现步骤如下：若功率开关V1发生短路故障，则熔断熔断器F1，切除功率开关V1，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V1发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V4发生短路故障，则熔断熔断器F4，切除功率开关V4，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V4发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toc，将直流侧电压源作为逆变器的Sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2发生短路故障，则熔断熔断器F2，切除功率开关V2，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V2发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V5发生短路故障，则熔断熔断器F5，切除功率开关V5，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V5发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Tob，将直流侧电压源作为逆变器的Sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V3发生短路故障，则熔断熔断器F3，切除功率开关V3，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V3发生开路故障，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；若功率开关V6发生短路故障，则熔断熔断器F6，切除功率开关V6，接通三端双向可控硅开关Toa，将直流侧电压源作为逆变器的Sa相桥臂，重构...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎燕，樊晓平，史向月，裘志峰，吴志虎，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43