一种T型三电平并网逆变器容错拓扑结构及控制方法与流程

本发明涉及电力电子控制领域，具体涉及一种t型三电平并网逆变器容错拓扑结构及控制方法。

背景技术：

1、多电平逆变电路具有输出谐波含量低、效率高和控制方法多样化等特点，被广泛用于电力系统储能逆变电路中。其中，t型三电平逆变电路凭借交流输出谐波小、开关损耗低和效率高等诸多优势被广泛应用。然而，由于电力电子器件本身可靠性不高，导致逆变系统发生故障的概率远远高于设备中的其他部分；另一方面，由于电平数目的增加而多电平的逆变电路需要更多的电力电子器件，这也大大增加了逆变系统发生故障的概率。同时，由于多电平逆变电路的多器件多电平特点使得它本身具有一定的冗余能力，通过拓扑结构的完善和控制方法的改变，可以进行容错控制。

2、在现有技术中，在三电平逆变电路开路故障的容错控制方面，目前有用于级联h桥、二极管钳位型、飞跨电容型逆变电路拓扑的容错控制策略，由于拓扑之间的差异性，故不能直接用于t型三电平逆变电路开路故障时的容错控制。容错有硬件容错方法，通过添加额外的功率器件实现开路故障时的容错控制，存在着成本高、体积大、效率低等缺陷；同时还有通过控制策略或调制方法等新型算法进行容错，这种做法一般要求逆变电路系统降低调制比运行，系统输出电压的幅值也会随之降低，显然，这在并网型逆变电路中是不允许的。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带容错t型逆变电路拓扑及控制方法，当开路故障发生时，将三电平svpwm退化成为两电平svpwm控制方式，通过带初值控制器大大缩短控制方式的转换带来的动态过程，降低超调量，对电网影响小。

2、为达到以上目的，第一方面，本发明提供一种带容错t型逆变电路的拓扑结构，其用于当开路故障发生时，根据直流侧电压进行必要的切换，所述拓扑结构包括：

3、带容错t型逆变电路，其一端与位于电网侧的三相交流电源相连，完成并网功，另一端与位于直流侧的直流电源相连，所述直流电源与两个分压电解电容vdc1和vdc2串联，分压电解电容vdc1的正端连接直流电源的正电压端p，分压电解电容vdc2的负端连接直流电源的负电压端n；

4、带容错t型逆变电路的中点o’与分压电解电容vdc1和vdc2的中间点o相连，带容错t型逆变电路的中点o’与直流电源的正电压端p和负电压端n之间分别通过双向晶闸管tb1和tb2相连；

5、带容错t型逆变电路的abc三相中点分别通过lcl滤波电路与交流电网相连；

6、带容错t型逆变电路的12个开关器件以及双向晶闸管tb1和tb2的控制信号端与控制电路相连；

7、当带容错t型逆变电路中某个绝缘栅双晶体管发生开路故障时，所述控制电路根据故障发生的位置，通过控制双向晶闸管tb1和tb2的开关，将三电平逆变电路转成两电平拓扑结构。

8、进一步的，所述带容错t型逆变电路为三相四臂结构，每臂包含一开关器件，每相包括一上臂sx1、一下臂sx4、中间二臂sx2和sx3，其中x＝a,b,c；每个所述开关器件包括一绝缘栅双极性晶体管、与所述绝缘栅双极性晶体管反向并联的二极管。

9、进一步的，所述三相交流电源分别连于对应相的所述上臂sx1和所述下臂sx4之间。

10、进一步的，所述直流电源分别连于对应相的所述上臂sx1之上和所述下臂sx4之下。

11、进一步的，所述控制电路包括带初值的准pr控制器，其与所有绝缘栅双极性晶体管的控制极均相连，所述带初值的准pr控制器用于控制所述绝缘栅双极性晶体管的导通或隔断，且每相中的两所述开关器件sx1和sx3、sx2和sx4不同时导通或隔断。

12、进一步的，所述带初值的pr控制器的传递函数为：

13、

14、式中kp为自适应的变参数，初值由系统状态决定，ω0为电网角频率，ωc为控制器带宽。

15、第二方面，本发明还提供一种如上所述的t型三电平并网逆变电路容错控制方法，包括：

16、根据故障信号和直流侧电压大小，根据表1控制双向晶闸管的开关，确定三电平转两电平的拓扑结构；

17、表1三电平转两电平拓扑转换

18、

19、根据新的拓扑结构，确定每相2个冗余绝缘栅双极性晶体管的控制电平，控制规律如表2所示；

20、表2三电平转两电平控制规律

21、

22、根据发生故障的逆变电路输出电流，计算出准pr控制器的初值；

23、根据并网要求，准pr控制器中的控制算法计算出每相剩余4个绝缘栅双极性晶体管的脉冲宽度调制的控制信号，并输出至对应相桥臂电路。

24、与现有技术相比，本发明的优点在于：

25、(1)本发明提供的一种带容错t型逆变电路拓扑及控制方法，当逆变电路中某个绝缘栅双晶体管发生开路故障时，根据故障发生的位置，通过控制并联在t型逆变电路中双向晶闸管的开关，将原本运行在三电平的t型逆变电路退化成两电平逆变电路，电路的可靠性高，当出现单管开路故障时依然能保证系统的正常运行，对电网基本无影响；

26、(2)通过故障特性，确定准pr控制器的初值，采用带初值的准pr控制器，并网电流仅需半个周期即可达到稳定，相较于现有的控制策略而言，有效缩短故障控制时间，对电网的影响较小；同时具有较小的超调和三相不平衡度好的优点，对电网的冲击小。

技术特征：

1.一种t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括：

2.根据权利要求1所述的t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述带容错t型逆变电路为三相四臂结构，每臂包含一开关器件，每相包括一上臂sx1、一下臂sx4、中间二臂sx2和sx3，其中x＝a,b,c；每个所述开关器件包括一绝缘栅双极性晶体管、与所述绝缘栅双极性晶体管反向并联的二极管。

3.根据权利要求2所述的t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述三相交流电源分别连于对应相的所述上臂sx1和所述下臂sx4之间。

4.根据权利要求2所述的t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述直流电源分别连于对应相的所述上臂sx1之上和所述下臂sx4之下。

5.根据权利要求2所述的t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述控制电路包括带初值的准pr控制器，其与所有绝缘栅双极性晶体管的控制极均相连，所述带初值的准pr控制器用于控制所述绝缘栅双极性晶体管的导通或隔断，且每相中的两所述开关器件sx1和sx3、sx2和sx4不同时导通或隔断。

6.根据权利要求5所述的t型三电平并网逆变电路容错拓扑结构，其特征在于，所述带初值的pr控制器的传递函数为：

7.一种如权利要求1～6中任一项t型三电平并网逆变电路容错控制方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种T型三电平并网逆变电路容错拓扑结构及控制方法，所述拓扑结构包括：带容错T型逆变电路，两端分别与位于电网侧的三相交流电源相连和位于直流侧的直流电源相连，直流电源与两个分压电解电容串联，带容错T型逆变电路的中点O’与分压电解电容的中间点O相连，中点O’与直流电源的正电压端P和负电压端N之间分别通过双向晶闸管相连；带容错T型逆变电路的12个开关器件以及双向晶闸管的控制信号端与控制电路相连。本发明电路可靠性高，当出现单管开路故障时依然保证系统的正常运行，对电网基本无影响；控制电路用带初值准PR控制器，并网电流仅需半个周期即可达到稳定，有效缩短故障控制时间，对电网的影响较小。

技术研发人员：游力,崔一铂,凌在汛,刘曼佳,熊亮雳,邓桂平,成诚,熊昊哲,丁永盛,李震宇,刘翼平,鲁金华,丁永明
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13