【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子变换器故障容错，具体是涉及一种并网混合型anpc容错系统及其控制方法。
技术介绍
1、基于每相桥臂4sic&2si异质器件混合型有源中点钳位逆变器(active neutralpoint converter，anpc)因其高功率密度、低成本与低损耗等优点，在高效大功率电能变换场合具有良好的应用前景。然而，为了充分发挥sic器件低开关损耗与耐高温的优势，其长期处于高频工作模式，这增加了sic器件故障发生的概率。其中，最为常见的故障类型为器件开路故障，会导致混合型anpc结构的不对称，极度降低设备的电能质量，长时间运行会引发系统二次故障，造成较大的经济损失。因此，相应的容错控制策略对于变换器系统的稳定、可靠、高效运行具有至关重要的作用。
2、目前，基于三电平变换器容错手段类型可分为硬件型方案与软件型方案。硬件型方案通过增设硬件电路来弥补变换器故障失效状态，维持系统持续供电，主要包括：并联冗余开关、桥臂输出端加装双向晶闸管、添加第四冗余桥臂。但是，现有硬件方案添加的冗余器件数量较大，存在成本高的缺点；或冗余数量小，存在容错性能差的缺点。软件型方案利用自身冗余开关状态，重构开关序列以保障系统正常运行，根据失效开关类型与容错策略采用的开关状态，可分为全两电平调制、故障相两电平调制、开关状态失效区域两电平调制、开关状态替代型三电平调制、混合型电平调制。然而，基于软件型方案可以容错故障类型有限，在某些情况下不能实施。
3、综上，为实现容错成本与性能的折中，亟需研究具备冗余器件数量最小化、容
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种并网混合型anpc容错系统及其控制方法，冗余器件数量少，容错能力强，容错情形广。
2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种并网混合型anpc容错系统，包括混合型anpc三电平电路和冗余模块，所述冗余模块包括上复用冗余单元与下复用冗余单元，上复用冗余单元由第一复用si-igbt器件s1、第一晶闸管ta1、第二晶闸管tb1、第三晶闸管tc1组成；第一复用si-igbt器件s1的集电极与并联桥臂上公共线相连，第一复用si-igbt器件s1的发射极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第一晶闸管ta1的阴极与a相桥臂上钳位管ma2的漏极相连；第二晶闸管tb1的阳极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第二晶闸管tb1的阴极与b相桥臂上钳位管mb2的漏极相连；第三晶闸管tc1的阳极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第三晶闸管tc1的阴极与c相桥臂上钳位管mc2的漏极相连；下复用冗余单元由第二复用si-igbt器件s2、第四晶闸管ta2、第五晶闸管tb2、第六晶闸管tc2组成；第二复用si-igbt器件s2的发射极与并联桥臂下公共线相连，第二复用si-igbt器件s2的集电极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第四晶闸管ta2的阳极与a相桥臂下钳位管ma3的源极相连；第五晶闸管tb2的阴极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第五晶闸管tb2的阳极与b相桥臂下钳位管mb3的源极相连；第六晶闸管tc2的阴极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第六晶闸管tc2的阳极与c相桥臂下钳位管mc3的源极相连。
3、进一步，所述混合型anpc三电平电路包括桥臂模块、稳压电容模块和滤波模块，桥臂模块与稳压电容模块并联后输出端再与滤波模块串联构成anpc三电平电路拓扑；桥臂模块包括三相并联的桥臂，其中每相桥臂包括4个sic-mosfet器件mki和2个si-igbt器件skj，每个sic-mosfet器件mki反并联二极管，每个si-igbt器件skj反并联二极管；每相桥臂的4个sic-mosfet器件mki为上外管mk1、上钳位管mk2、下钳位管mk3、下外管mk4；稳压电容模块由2个电容c1、c2串联组成，其中点端口连接至每相桥臂钳位点；滤波模块由三相电感l组成。
4、一种并网混合型anpc容错系统的控制方法，包括以下步骤：
5、步骤s1：根据开路故障器件，启动相应冗余器件，切换成容错型拓扑；
6、步骤s2：基于故障类型，重构器件的开关状态逻辑；
7、步骤s3：根据逆变器闭环控制与零序电压中点平衡策略生成的调制波，利用同相载波层叠调制方法，产生pwm信号，实现系统的容错控制。
8、进一步，步骤s1中，根据开路故障器件，启动相应冗余器件，切换成容错型拓扑的具体方法为：当上外管mk1发生开路故障，导通晶闸管tk1，投入第一复用si-igbt器件s1，上复用冗余单元运行工作；当下外管mk4发生开路故障，导通晶闸管tk2，投入第二复用si-igbt器件s2，下复用冗余单元运行工作。
9、进一步，步骤s2中，基于故障类型，重构器件的开关状态逻辑，基于的故障类型具体为：按sic-mosfet器件故障的数量及位置，将故障分为单管故障、单相双管故障、单相多管故障、异相双管故障、异相多管故障。
10、进一步，步骤s2中，发生单管或单相双管的双外管故障时，冗余器件替代故障器件，开关状态逻辑不变；发生异相双管故障时，故障相桥臂器件及其冗余器件按相应三电平开关状态逻辑工作；发生单相多管或单相双管的外管及钳位管或异相多管故障时，故障桥臂健康器件及其冗余器件按对应两电平开关状态逻辑工作；健康桥臂器件开关状态逻辑维持不变。
11、进一步，步骤s2中，对于单相双管故障：
12、单相中，2个外管开路故障时，即上外管mk1与下外管mk4开路故障时，记为sd-ⅰ型故障，对于sd-ⅰ型故障，据步骤s1的具体方法，启动相应冗余器件，故障相桥臂按器件原来开关状态逻辑进行混合型anpc三电平调制，原本上外管mk1的pwm信号给到第一复用si-igbt器件s1，原本下外管mk4的pwm信号给到第二复用si-igbt器件s2；
13、单相中，1个外管故障与1个钳位管开路故障时，即上外管mk1与上钳位管mk2开路故障，或上外管mk1与下钳位管mk3开路故障，或下外管mk4与上钳位管mk2开路故障，或下外管mk4与下钳位管mk3开路故障时，记为sd-ⅱ型故障，对于sd-ⅱ型故障，据步骤s1的具体方法，启动相应冗余器件，故障相桥臂按两电平进行调制；上外管mk1与上钳位管mk2开路故障，或上外管mk1与下钳位管mk3开路故障时，其对应器件开关状态逻辑如表c-1所示；下外管mk4与上钳位管mk2开路故障，或下外管mk4与下钳位管mk3开路故障时，其对应器件开关状态逻辑如表c-2所示；
14、单相中，2个钳位管开路故障时，即上钳位管mk2与下钳位管mk3开路故障时，记为sd-ⅲ型故障，对于sd-ⅲ型故障，不投入冗余单元，故障相桥臂按传统二极管钳位型三电平变换器调制模式工作。
15、进一步，步骤s2中，对于单相多管故障：
16、单相中，2个外管与1个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种并网混合型ANPC容错系统，包括混合型ANPC三电平电路和冗余模块，其特征在于：所述冗余模块包括上复用冗余单元与下复用冗余单元，上复用冗余单元由第一复用Si-IGBT器件S1、第一晶闸管Ta1、第二晶闸管Tb1、第三晶闸管Tc1组成；第一复用Si-IGBT器件S1的集电极与并联桥臂上公共线相连，第一复用Si-IGBT器件S1的发射极与第一晶闸管Ta1的阳极相连，第一晶闸管Ta1的阴极与A相桥臂上钳位管Ma2的漏极相连；第二晶闸管Tb1的阳极与第一晶闸管Ta1的阳极相连，第二晶闸管Tb1的阴极与B相桥臂上钳位管Mb2的漏极相连；第三晶闸管Tc1的阳极与第一晶闸管Ta1的阳极相连，第三晶闸管Tc1的阴极与C相桥臂上钳位管Mc2的漏极相连；下复用冗余单元由第二复用Si-IGBT器件S2、第四晶闸管Ta2、第五晶闸管Tb2、第六晶闸管Tc2组成；第二复用Si-IGBT器件S2的发射极与并联桥臂下公共线相连，第二复用Si-IGBT器件S2的集电极与第四晶闸管Ta2的阴极相连，第四晶闸管Ta2的阳极与A相桥臂下钳位管Ma3的源极相连；第五晶闸管Tb2的阴极与第四晶闸管Ta2的阴极相连
2.如权利要求1所述的并网混合型ANPC容错系统，其特征在于：所述混合型ANPC三电平电路包括桥臂模块、稳压电容模块和滤波模块，桥臂模块与稳压电容模块并联后输出端再与滤波模块串联构成ANPC三电平电路拓扑；桥臂模块包括三相并联的桥臂，其中每相桥臂包括4个SiC-MOSFET器件Mki和2个Si-IGBT器件Skj，每个SiC-MOSFET器件Mki反并联二极管，每个Si-IGBT器件Skj反并联二极管；每相桥臂的4个SiC-MOSFET器件Mki为上外管Mk1、上钳位管Mk2、下钳位管Mk3、下外管Mk4；稳压电容模块由2个电容C1、C2串联组成，其中点端口连接至每相桥臂钳位点；滤波模块由三相电感L组成。
3.一种并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S1中，根据开路故障器件，启动相应冗余器件，切换成容错型拓扑的具体方法为：当上外管Mk1发生开路故障，导通晶闸管Tk1，投入第一复用Si-IGBT器件S1，上复用冗余单元运行工作；当下外管Mk4发生开路故障，导通晶闸管Tk2，投入第二复用Si-IGBT器件S2，下复用冗余单元运行工作。
5.如权利要求3所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，基于故障类型，重构器件的开关状态逻辑，基于的故障类型具体为：按SiC-MOSFET器件故障的数量及位置，将故障分为单管故障、单相双管故障、单相多管故障、异相双管故障、异相多管故障。
6.如权利要求5所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，对于单管故障，若是上钳位管Mk2或下钳位管Mk3发生开路故障，则故障相桥臂按传统二极管钳位型三电平变换器调制模式工作；若是上外管Mk1或下外管Mk4发生开路故障，则根据步骤S1的具体方法，启动相应冗余器件，故障相桥臂按器件原来开关状态逻辑进行混合型ANPC三电平调制，原本上外管Mk1的PWM信号给到第一复用Si-IGBT器件S1，或原本下外管Mk4的PWM信号给到第二复用Si-IGBT器件S2。
7.如权利要求5所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，对于单相双管故障：
8.如权利要求7所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，对于单相多管故障：
9.如权利要求5所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，对于异相双管故障：
10.如权利要求5所述的并网混合型ANPC容错系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中，对于异相多管故障：
...【技术特征摘要】
1.一种并网混合型anpc容错系统，包括混合型anpc三电平电路和冗余模块，其特征在于：所述冗余模块包括上复用冗余单元与下复用冗余单元，上复用冗余单元由第一复用si-igbt器件s1、第一晶闸管ta1、第二晶闸管tb1、第三晶闸管tc1组成；第一复用si-igbt器件s1的集电极与并联桥臂上公共线相连，第一复用si-igbt器件s1的发射极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第一晶闸管ta1的阴极与a相桥臂上钳位管ma2的漏极相连；第二晶闸管tb1的阳极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第二晶闸管tb1的阴极与b相桥臂上钳位管mb2的漏极相连；第三晶闸管tc1的阳极与第一晶闸管ta1的阳极相连，第三晶闸管tc1的阴极与c相桥臂上钳位管mc2的漏极相连；下复用冗余单元由第二复用si-igbt器件s2、第四晶闸管ta2、第五晶闸管tb2、第六晶闸管tc2组成；第二复用si-igbt器件s2的发射极与并联桥臂下公共线相连，第二复用si-igbt器件s2的集电极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第四晶闸管ta2的阳极与a相桥臂下钳位管ma3的源极相连；第五晶闸管tb2的阴极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第五晶闸管tb2的阳极与b相桥臂下钳位管mb3的源极相连；第六晶闸管tc2的阴极与第四晶闸管ta2的阴极相连，第六晶闸管tc2的阳极与c相桥臂下钳位管mc3的源极相连。
2.如权利要求1所述的并网混合型anpc容错系统，其特征在于：所述混合型anpc三电平电路包括桥臂模块、稳压电容模块和滤波模块，桥臂模块与稳压电容模块并联后输出端再与滤波模块串联构成anpc三电平电路拓扑；桥臂模块包括三相并联的桥臂，其中每相桥臂包括4个sic-mosfet器件mki和2个si-igbt器件skj，每个sic-mosfet器件mki反并联二极管，每个si-igbt器件skj反并联二极管；每相桥臂的4个sic-mosfet器件mki为上外管mk1、上钳位管mk2、下钳位管mk3、下外管mk4；稳压电容模块由2个电容c1、c2串联组成，其中点端口连接...
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