级联H桥变换器、开路故障冗余处理方法、介质和设备技术

本公开提供了一种级联H桥变换器、开路故障冗余处理方法、介质和设备，级联H桥变换器包括多级H桥电路单元、监测模块、电流采集单元和控制器。级联H桥变换器的开路故障冗余处理方法包括步骤：监测各级H桥电路单元的工作状态；采集各级H桥电路单元的输入电流；根据各级H桥电路单元的工作状态和输入电流，封锁发生故障的级联H桥电路单元或发生故障的开关器件，并调整各级H桥电路单元的调制波以及各级联H桥电路单元之间的载波移相值，以确保各级H桥电路的直流输出端的功率或电压满足预设条件。本公开的有益效果包括在有效恢复故障的同时，无需切除故障单元，尽可能最大化的利用故障单元传输能量，同时保证正常单元传输的功率不发生改变。改变。改变。

【技术实现步骤摘要】
级联H桥变换器、开路故障冗余处理方法、介质和设备


[0001]本公开涉及高速列车领域、电网领域、电动车领域和储能领域，具体来讲，涉及一种级联H桥变换器、级联H桥变换器的开路故障冗余处理方法、存储有计算机程序的计算机可读存储介质以及计算机设备。

技术介绍

[0002]级联H桥由多个四象限变流器交流侧串联而成，能够承担输入侧高压，实现高压交流到直流的电能转换。级联H桥还具有提高等效开关频率、提升输入功率因数、减小谐波、模块化等优点，适合应用于高压大功率场合，如高速列车领域、电网领域。
[0003]在目前的电力电子系统中，开关器件可能由于多种原因而表现出开路故障。在驱动传输过程中，芯片故障、驱动线断线、驱动信号异常或开关器件内部损坏，均有可能导致开关器件的开路故障发生。级联H桥由大量的串联模块组成，包含了大量的开关器件，发生故障的概率也大大高于其余功率变换器。一旦发生开路故障，在适当地牺牲电流质量、不过调制的情况下，通常会将故障单元切除，剩余单元继续工作。然而，如果级联H桥没有冗余单元，或者H桥设置的冗余单元已经被占用，则再有开路故障，如果继续减小H桥冗余单元，则会导致每个单元承担的电压提升，给开关器件带来了额外的电压应力，严重时甚至会进一步因其器件损坏。因此这种情况下再有开路故障，只能将H桥变换器停机，无法继续工作。

技术实现思路

[0004]本公开的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本公开的目的之一在于针对级联H桥变换器发生开路故障而无法继续运行，提供一种能够实现在发生故障情况下稳定运行的级联H桥变换器。又如，本公开的另一目的在于针对发生开路故障而无法继续运行，提供一种级联H桥变换器开路故障冗余处理方法。
[0005]为了实现上述目的，本公开一方面提供了一种级联H桥变换器，包括：多级H桥电路单元，多级H桥电路单元通过交流输入端级联并连接到交流供能单元，其中，每一级H桥电路单元包括：H桥电路，通过两个交流输入端接收交流电流，H桥电路包括多个开关器件。监测模块，监测各级H桥电路单元的工作状态。电流采集单元，用于采集多级H桥电路单元的输入电流。控制器，被配置为根据各级H桥电路单元的工作状态和输入电流，封锁发生故障的H桥电路单元或发生故障的开关器件，并调整各级H桥电路单元的调制波以及各级H桥电路单元之间的载波移相值，以确保各级H桥电路的直流输出端的功率或电压满足预设条件。
[0006]在本公开的一个示例性实施例中，控制器可包括：故障判断模块，与检测模块连接，并被配置为根据检测模块监测到各级H桥电路单元的工作状态，对多级H桥电路单元中各H桥电路单元是否发生故障进行判断，以及对发生故障的H桥电路单元中发生故障的开关器件进行判断；电流判断模块，与电流采集单元连接，并被配置为根据电流采集单元采集到的输入电流，对输入电流的电流方向判断；控制模块，从故障判断模块和电流判断模块连接，并被配置为在发生故障的开关器件的数量为一个的情况下，根据发生故障的开关器件
以及电流方向产生控制信号，以及根据控制信号封锁发生故障的开关器件或发生故障的开关器件所在的桥臂的驱动脉冲。
[0007]在本公开的一个示例性实施例中，H桥电路可包括：上桥臂，上桥臂包括：彼此串联的第一开关器件和第三开关器件，与第一开关器件反并联的第一二极管，以及与第三开关器件反并联的第三二极管；下桥臂，通过第一连接点和第二连接点与上桥臂并联连接，下桥臂包括：彼此串联的第二开关器件和第四开关器件，与第二开关器件反并联的第二二极管，以及与第四开关器件反并联的第四二极管，第一连接点和第二连接点分别形成两个交流输入端；其中，多级H桥电路单元中的上一级H桥电路的第二连接点连接到下一级H桥电路的第一连接点，多级H桥电路单元中的第一级H桥电路单元的H桥电路的第一连接点以及最后一级H桥电路单元的H桥电路的第二连接点分别电连接到交流供能单元的两端。
[0008]在本公开的一个示例性实施例中，控制模块可被配置为：当第一开关器件或第四开关器件发生故障时，如果输入电流大于零，则控制器封锁发生故障的H桥电路单元中发生故障的开关器件的驱动脉冲，并控制发生故障的H桥电路单元中正常的开关器件以及未发生故障H桥电路单元中所有的开关器件正常工作。如果输入电流小于零，当第一开关器件发生故障时，则控制器封锁发生故障的H桥电路单元的上桥臂所包含的开关器件的驱动脉冲，下桥臂所包含的开关器件保持持续导通；当第四开关器件发生故障时，则控制器封锁发生故障的H桥电路单元的下桥臂所包含的开关器件的驱动脉冲，上桥臂保持持续导通；并控制未发生故障H桥电路单元中所有的开关器件正常工作。
[0009]在本公开的一个示例性实施例中，控制模块可被配置为：当第二开关器件或第三开关器件发生故障时，如果输入电流小于零，则控制器封锁发生故障的H桥电路单元中发生故障的开关器件的驱动脉冲，并控制发生故障的H桥电路单元中正常的开关器件以及未发生故障H桥电路单元中所有的开关器件正常工作。如果输入电流大于零，当第二开关器件发生故障时，封锁发生故障的H桥电路单元的下桥臂所包含的开关器件的驱动脉冲，上桥臂所包含的开关器件保持持续导通；当第三开关器件发生故障时，封锁发生故障的H桥电路单元的上桥臂所包含的开关器件的驱动脉冲，下桥臂所包含的开关器件保持持续导通；并控制未发生故障H桥电路单元中所有的开关器件正常工作。
[0010]在本公开的一个示例性实施例中，控制器还可包括：调制波计算模块，与控制模块连接，并用于计算各级H桥电路单元的调制波，各级H桥电路单元的调制波可通过多级H桥电路单元的总调制波与正常工作的H桥电路单元的数量之比得到，各级H桥电路单元之间的载波移相值可为180
º
/正常工作的H桥电路单元的数量。
[0011]在本公开的一个示例性实施例中，级联H桥变换器还可包括：旁路开关，连接在H桥电路的两个交流输入端之间。控制模块还可被配置为：在H桥电路单元中发生故障的开关器件的数量为至少两个的情况下，控制旁路开关闭合，以封锁发生故障的H桥电路单元。
[0012]本公开的另一方面还提供了一种级联H桥变换器的开路故障冗余处理方法，可通过如上任意一项示例性实施例中的级联H桥变换器来实现，且可包括以下步骤：S100、监测各级H桥电路单元的工作状态；S200、采集各级H桥电路单元的输入电流；S300、根据各级H桥电路单元的工作状态和输入电流，以封锁发生故障的开关器件或发生故障的开关器件所在桥臂的驱动脉冲，并调整各级H桥电路单元的调制波以及各级联H桥电路单元之间的载波移相值，以确保各级H桥电路的直流输出端的功率或电压满足预设条件。
[0013]在本公开的一个示例性实施例中，步骤S300可包括：S310、根据监测到各级H桥电路单元的工作状态，对多级H桥电路单元中各H桥电路单元是否发生故障进行判断，以及对发生故障的H桥电路单元中发生故障的开关器件进行判断；S320、根据电流采集单元采集到的输入电流，对输入电流的电流方向判断；S330、在发生故障的开关器件的数量为一个的情况下，根据发生故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联H桥变换器，其特征在于，所述级联H桥变换器包括：多级H桥电路单元，所述多级H桥电路单元通过交流输入端级联并连接到交流供能单元，其中，每一级H桥电路单元包括：H桥电路，通过两个交流输入端接收交流电流，所述H桥电路包括多个开关器件；监测模块，监测各级H桥电路单元的工作状态；电流采集单元，用于采集所述多级H桥电路单元的输入电流；以及控制器，被配置为根据各级H桥电路单元的工作状态和所述输入电流，封锁发生故障的开关器件或发生故障的开关器件所在桥臂的驱动脉冲，并调整各级H桥电路单元的调制波以及各级H桥电路单元之间的载波移相值，以确保各级H桥电路的直流输出端的功率或电压满足预设条件。2.根据权利要求1所述的级联H桥变换器，其特征在于，所述H桥电路包括：上桥臂，所述上桥臂包括：彼此串联的第一开关器件和第三开关器件，与所述第一开关器件反并联的第一二极管，以及与所述第三开关器件反并联的第三二极管；下桥臂，通过第一连接点和第二连接点与所述上桥臂并联连接，所述下桥臂包括：彼此串联的第二开关器件和第四开关器件，与所述第二开关器件反并联的第二二极管，以及与所述第四开关器件反并联的第四二极管，所述第一连接点和所述第二连接点分别形成所述两个交流输入端；其中，所述多级H桥电路单元中的上一级H桥电路的第二连接点连接到下一级H桥电路的第一连接点，所述多级H桥电路单元中的第一级H桥电路单元的H桥电路的第一连接点以及最后一级H桥电路单元的H桥电路的第二连接点分别电连接到所述交流供能单元的两端。3.根据权利要1所述的级联H桥变换器，其特征在于，所述级联H桥变换器还包括：旁路开关，连接在所述H桥电路的两个交流输入端之间。4.一种级联H桥变换器的开路故障冗余处理方法，其特征在于，所述开路故障冗余处理方法通过如权利要求1~3中任意一项所述的级联H桥变换器来实现，且所述方法包括以下步骤：S100、通过所述监测模块监测各级H桥电路单元的工作状态；S200、通过所述电流采集单元采集各级H桥电路单元的输入电流；S300、所述控制器根据各级H桥电路单元的工作状态和所述输入电流，封锁发生故障的开关器件或发生故障的开关器件所在桥臂的驱动脉冲，并调整各级H桥电路单元的调制波以及各级联H桥电路单元之间的载波移相值，以确保各级H桥电路的直流输出端的功率或电压满足预设条件。5.根据权利要求4所述的级联H桥变换器的开路故障冗余处理方法，其特征在于，所述步骤S300包括：S310、所述控制器根据监测到各级H桥电路单元的工作状态，对所述多级H桥电路单元中各H桥电路单元是否发生故障进行判断，以及对发生故障的H桥电路单元中发生故障的开关器件进行判断；S320、所述控制器根据电流采集单元采集到的所述输入电流，对所述输入电流的电流方向判断；S330、在发生故障的开关器件的数量为一个的情况下，根据所述发生故障的开关器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠，谢伟，郑泽东，李驰，刘建伟，黄旭东，
申请(专利权)人：四川华泰电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：