一种功率模块运行控制方法、系统、装置及存储介质与流程

本发明涉及电力电子，特别涉及一种功率模块运行控制方法、系统、装置及存储介质。

背景技术：

1、在电力技术领域，模块化多电平换流器已广泛应用于柔性直流输电、低频输电、无功补偿等电力变换领域。构成子模块的功率器件种类较多，常用功率器件例如igbt、iegt和igct等，虽然各功率器件的耐压等级在器件不断更新优化后有所增加，但却都无法实现耐压等级质的飞跃。

2、在柔性直流输电、低频输电、无功补偿的电压等级越来越高的情况下，模块化多电平换流器中包含了越来越多的功率模块。同时，更高压、更大功率的功率模块也被研发出来，以多个功率器件串联组成的功率模块为代表，其电压是常规功率模块电压的多倍，可实现功率模块高压大功率运行的需求。虽然由功率器件串联而成的功率模块能够实现更高电压、更大功率，但由于多个功率器件串联，其故障率也一直居高不下。

3、而在功率模块中出现功率器件发生故障时，目前只能通过旁路操作使得整个故障功率模块不再参与模块化多电平换流器的运行。在模块化多电平换流器中，单个功率器件的故障，导致整个功率模块退出运行，使得不仅没有降低功率模块的故障率，还同时降低了该功率模块中其他功率器件的利用率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种功率模块运行控制方法、系统、装置及存储介质，用以实现功率模块故障状态下的运行，以降低功率模块运行的故障率，提高功率模块中功率器件的利用率。

2、第一方面，本发明实施例中提供了一种功率模块运行控制方法，应用于控制功率模块的功率模块运行控制系统，所述功率模块包括若干功率器件、旁路开关和模块电容，所述方法包括：

3、获取功率模块的拓扑结构和换流器支路电流；

4、检测所述功率模块中功率器件的故障信息并解析所述故障信息；

5、当所述功率模块中的功率器件未发生故障时，获取所述模块电容的第一电容电压；将所述功率模块中模块电容的额定电压作为基准值，对所述模块电容的电容电压进行标幺，将获取的第一标幺值，进行换流器支路最近电平逼近调制算法处理，获取第一触发脉冲；

6、当所述功率模块中的功率器件发生故障时，获取所述模块电容的第二电容电压；

7、判断所述第二电容电压是否超过预设阈值；

8、当所述第二电容电压超过预设阈值时，根据所述功率模块的拓扑结构和换流器支路电流，对所述模块电容的电容电压进行降压处理，获取第二触发脉冲；

9、当所述第二电容电压未超过预设阈值时，将所述功率模块中模块电容的第二额定电压作为基准值，对所述模块电容的电容电压进行标幺，将获取的第二标幺值，进行换流器支路最近电平逼近调制算法处理，获取第三触发脉冲；

10、根据所述功率器件的故障信息和所述模块电容的电容电压，输出对应的触发脉冲。

11、在一些实施例中，所述当所述功率模块中的功率器件未发生故障时，获取所述模块电容的第一电容电压；将所述功率模块中模块电容的额定电压作为基准值，对所述模块电容的电容电压进行标幺，将获取的第一标幺值，进行换流器支路最近电平逼近调制算法处理，获取第一触发脉冲，包括：

12、当所述功率模块中的功率器件未发生故障时，将功率模块中的模块电容的额定电压作为基准值ucn，对所述模块电容的第一电容电压uc进行标幺，获取第一标幺值uc*；

13、

14、用所述第一标幺值uc*进行换流器支路最近电平逼近调制算法排序，获取所述第一触发脉冲。

15、在一些实施例中，所述功率模块的拓扑结构，包括：

16、半桥式拓扑结构和全桥式拓扑结构。

17、在一些实施例中，当所述功率模块的拓扑结构为半桥式拓扑结构时，所述当所述第二电容电压超过预设阈值时，根据所述功率模块的拓扑结构和换流器支路电流，对所述模块电容的电容电压进行降压处理，获取第二触发脉冲，包括：

18、按照预设时间间隔采集所述功率模块的换流器支路电流并进行电流值比较判断；

19、当所述换流器支路电流的电流值iba为正，且所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值小于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第一类第二触发脉冲；所述第一类第二触发脉冲能够控制关断所述功率模块中上桥臂t1的所有功率器件[t1,1,…,t1,n1]，并开通所述功率模块中下桥臂t2的所有功率器件[t2,1,…,t2,n2]；其中，n1为半桥式拓扑结构的功率模块中所述上桥臂中功率器件的数量，n2为半桥式拓扑结构的功率模块中所述下桥臂中功率器件的数量；

20、当所述换流器支路电流的电流值iba为负，且所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值小于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第二类第二触发脉冲；所述第二类第二触发脉冲能够控制开通所述功率模块中上桥臂t1的所有功率器件[t1,1,…,t1,n1]，并关断所述功率模块中下桥臂t2的所有功率器件[t2,1,…,t2,n2]；其中，n1为半桥式拓扑结构的功率模块中所述上桥臂中功率器件的数量，n2为半桥式拓扑结构的功率模块中所述下桥臂中功率器件的数量；

21、当所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值大于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第三类第二触发脉冲；所述第三类第二触发脉冲能够控制维持所述功率模块中上桥臂t1、下桥臂t2的通断状态。

22、在一些实施例中，当所述功率模块的拓扑结构为全桥式拓扑结构时，所述当所述第二电容电压超过预设阈值时，根据所述功率模块的拓扑结构和换流器支路电流，对所述模块电容的电容电压进行降压处理，获取第二触发脉冲，包括：

23、按照预设时间间隔采集所述功率模块的换流器支路电流并进行电流值比较判断；

24、当所述换流器支路电流的电流值iba为正，且所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值小于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第四类第二触发脉冲；所述第四类第二触发脉冲能够控制开通所述功率模块中第一下桥臂t12的所有功率器件[t12,1,…,t12,n12]和第二上桥臂的t21的所有功率器件[t21,1,…,t21,n21]，关断所述功率模块中第一上桥臂t11的所有功率器件[t11,1,…,t11,n11]和第二下桥臂t22的所有功率器件[t22,1,…,t22,n22]；

25、当所述换流器支路电流的电流值iba为负，且所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值小于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第五类第二触发脉冲；所述第五类第二触发脉冲能够控制开通所述功率模块中第一上桥臂t11的所有功率器件[t11,1,…,t11,n11]和第二下桥臂t22的所有功率器件[t22,1,…,t22,n22]，关断所述功率模块中第一下桥臂t12的所有功率器件[t12,1,…,t12,n12]和第二上桥臂的t21的所有功率器件[t21,1,…,t21,n21]；

26、当所述换流器支路电流的电流值iba的绝对值大于故障态最大换流电流值iswmax时，生成第六类第二触发脉冲；所述第六类第二触发脉冲能够控制维持所述功率模块中第一上桥臂t11、第一下桥臂t12、第二上桥臂t21和第二下桥臂t22的通断状态；

27、其中，n11为全桥式拓扑结构的功率模块中所述第一上桥臂中功率器件的数量，n12为全桥式拓扑结构的功率模块中所述第一下桥臂中功率器件的数量，n21为全桥式拓扑结构的功率模块中所述第二上桥臂中功率器件的数量，n22为全桥式拓扑结构的功率模块中所述第二下桥臂中功率器件的数量。

28、在一些实施例中，所述故障态最大换流电流值iswmax为所述功率模块中功率器件安全进行过压开通或关断操作的最大换流电流值。

29、在一些实施例中，所述第二额定电压为所述功率模块中模块电容的额定电压的(n-ni)/n倍；

30、其中，ni为所述功率模块各桥臂中故障功率器件最多的桥臂上发生故障的功率器件的数量，n为所述功率模块各桥臂中故障功率器件最多的桥臂上功率器件的数量。

31、第二方面，本技术实施例提供了一种功率模块运行控制系统，用于控制功率模块，所述功率模块包括若干功率器件、旁路开关和模块电容，所述系统包括：

32、检测模块，用于获取功率模块的拓扑结构和换流器支路电流；检测所述功率模块中功率器件的故障信息并解析所述故障信息；

33、正常运行脉冲触发模块，用于当所述功率模块中的功率器件未发生故障时，获取所述模块电容的第一电容电压；将所述功率模块中模块电容的额定电压作为基准值，对所述模块电容的电容电压进行标幺，将获取的第一标幺值，进行换流器支路最近电平逼近调制算法处理，获取第一触发脉冲，并向触发脉冲选择模块发送所述第一触发脉冲；

34、故障降压脉冲触发模块，用于当所述功率模块中的功率器件发生故障时，获取所述模块电容的第二电容电压；判断所述第二电容电压是否超过预设阈值；当所述第二电容电压超过预设阈值时，根据所述功率模块的拓扑结构和换流器支路电流，对所述模块电容的电容电压进行降压处理，获取第二触发脉冲，并向所述触发脉冲选择模块发送所述第二触发脉冲；

35、降压运行脉冲触发模块，用于当所述功率模块中的功率器件发生故障时，获取所述模块电容的第二电容电压；判断所述第二电容电压是否超过预设阈值；当所述第二电容电压未超过预设阈值时，将所述功率模块中模块电容的第二额定电压作为基准值，对所述模块电容的电容电压进行标幺，将获取的第二标幺值，进行换流器支路最近电平逼近调制算法处理，获取第三触发脉冲，并向所述触发脉冲选择模块发送所述第三触发脉冲；

36、触发脉冲选择模块，用于根据所述功率器件的故障信息和所述模块电容的电容电压，输出对应的触发脉冲。

37、第三方面，本发明实施例提供了一种功率模块运行控制装置，包括：控制器和存储器；所述存储器用于存储指令，当所述控制器执行指令时，实现上述第一方面所述的功率模块运行控制方法。

38、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的功率模块运行控制方法。

39、与传统技术相比，本发明的有益效果在于：在功率模块发生故障时，检测模块电容的电容电压是否超过预设阈值，超过预设阈值时，通过第二触发脉冲对模块电容的电压进行降压处理，当降低至低于预设阈值时，通过第三触发脉冲控制功率模块降压运行；上述方法在功率模块中功率器件发生故障时，进行降压运行，解决了传统技术中发生故障时只能通过旁路运行的问题，提高了功率模块中其他功率器件的利用率，从而进一步降低了功率模块运行的故障率。

40、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

41、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。