级联H桥零序注入与载波相移重构容错方法、系统及装置与流程

本发明涉及电力电子，特别涉及一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法、系统及装置。

背景技术：

1、级联h桥变流器是一种由多个单相h桥功率单元串联构成的多电平电压源换流器，被广泛应用于高压输电和可再生能源系统中，实际使用时，各个h桥功率单元均配置有旁路支路，当h桥功率单元发生故障后，可停止该h桥功率单元的脉宽调制输出，并利用旁路支路使其退出所在相的串联输出回路；当变流器三相旁路中的h桥功率单元数量不同时，各相剩余可投入的单元数和输出能力也随之不同，导致故障前采用的三相调制与载波配置不再完全适用。

2、对于三相级联支路连接至浮空中性点且负载侧无零序电流通路的拓扑，现有的容错处理存在以下不足之处：其一，在变流器三相输出能力不一致的情况下，若仍沿用原目标输出，目标电压可能超过旁路后的输出能力，若基波零序和三次谐波等零序分量分别设置，又难以统一三相不同的相电压峰值约束，难以保证合成后的三相调制参考均不超过对应相的电压峰值上限；其二，h桥功率单元被旁路后，各相剩余投入功率单元数发生变化，故障前的功率单元编号、相邻载波移相角及单元载波相位可能与实际投入功率单元数量不再匹配；其三，旁路后的零序参数和载波参数需要重新计算并下发，若二者未同步时刻生效，不同h桥功率单元可能在切换期间混淆采用新参数和旧参数，造成短时间内参数的不一致。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法、系统及装置，具有在h桥功率单元退出旁路导致不对称后，根据各相剩余输出能力协调三相共用零序电压，并在使各相调制参考满足对应相电压峰值约束，且保持目标线电压参考不变的效果。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，本发明提供一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，级联h桥包括串联在变流器每相的多个h桥功率单元，每个h桥功率单元配置有旁路支路，包括以下步骤：

4、s1、采集各h桥功率单元的运行状态和直流侧电压，当检测到故障h桥功率单元后，控制故障h桥功率单元退出调制并闭合对应的旁路支路；

5、s2、获得目标三相对称电压参考，根据旁路支路状态确定变流器的三相剩余投入功率单元数、和，和各相输出电压峰值上限、和，判断目标三相对称电压参考对应的目标输出电压是否可行；

6、s3、目标输出电压可行时，根据目标三相对称电压参考和各相输出电压峰值上限，计算三相共用零序电压，三相共用零序电压包含三次谐波分量，将三相共用零序电压分别叠加至目标三相对称电压参考，得到三相调制参考；

7、s4、按照各相剩余可投入的h桥功率单元在对应支路中的实际顺序重新编号，根据重新编号结果分别配置投入的各h桥功率单元的载波相位；

8、s5、在统一同步事件处使更新后的零序参数与载波相位参数协调生效，目标输出电压不可行时，降低输出电压或执行预设停机处理。

9、本发明的进一步设置为：变流器第相输出电压峰值上限的表达式为：

10、

11、其中为第相投入运行的h桥功率单元集合；为第相第个投入的h桥功率单元的直流侧电压。

12、本发明的进一步设置为：目标三相对称电压参考的表达式为：

13、

14、其中，为目标相电压基波峰值，为基波角频率，目标输出电压可行的判断条件为：

15、。

16、本发明的进一步设置为：三相共用零序电压的逐时刻下界与上界为：

17、

18、从区间内选择三相共用零序电压，将三相共用零序电压共同叠加至三相对称电压参考以生成三相调制参考。

19、本发明的进一步设置为：三相共用零序电压取逐时刻可行区间的中点：

20、

21、并生成第相调制参考：

22、

23、本发明的进一步设置为：三相共用零序电压采用有限阶谐波形式：

24、

25、其中为最高保留谐波次数，为第次零序分量的峰值，为第次零序分量的相位，有限阶谐波形式至少包括三次谐波分量。

26、本发明的进一步设置为：三相共用零序电压按照进行过渡，其中0≤λ≤1；

27、在过渡过程中校核各相调制参考的峰值约束

28、

29、校核不通过时调整λ的变化过程，降低输出电压指令或重新计算零序电压。

30、本发明的进一步设置为：在单极倍频载波移相调制方式下，第相相邻功率单元的载波移相角为：

31、

32、按相内实际串联顺序将剩余投入h桥功率单元重新编号，第相重新编号后的第个投入功率单元的载波相位为：

33、

34、第二方面，本发明还提供了一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错系统，包括：

35、状态检测模块，用于采集各功率单元的运行状态和直流侧电压；

36、旁路控制模块，用于控制故障功率单元退出调制并闭合旁路支路；

37、零序计算模块，用于根据三相剩余投入功率单元数、各相输出电压峰值上限和目标电压参考计算包含三次谐波分量的三相共用零序电压；

38、载波重构模块，用于根据各相剩余投入功率单元数计算载波移相角，并对剩余功率单元重新编号；

39、通信模块，用于向各功率单元发送零序参数和载波参数；

40、同步切换模块，用于在统一同步事件处使零序参数和载波参数生效。

41、第三方面，本发明还提供了一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错装置，包括三相级联h桥功率单元，各个h桥功率单元的旁路支路，主控制器和功率单元控制器，以及存储在存储器上，并可在主控制器上运行的计算机程序，计算机程序被主控制器执行时实现如权利要求1的级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法的步骤。

42、本发明的有益效果是：

43、1.根据各相旁路状态、剩余投入功率单元及直流侧电压计算各相相电压峰值上限，判断目标输出的可行性，并在三相满足峰值约束的可行区间内确定三相共用零序电压，实现旁路后三相相电压瞬时峰值的协调，解决各相输出能力不等时目标输出可能越界以及各零序分量难以统一满足峰值约束的问题。

44、2.通过按照各相剩余投入功率单元在相应串联支路中的实际顺序重新编号，并根据各相剩余投入功率单元数分别确定相邻载波移相角和单元载波相位，实现载波相移关系的重新配置，解决故障前载波配置与旁路后实际投入功率单元数量不匹配的问题，使各相载波配置与本相剩余投入功率单元数量相对应。

45、3.通过对更新后的零序参数和载波相位参数进行校验及预装载，并通过同步事件触发参数切换，实现两类参数在约定同步时刻协调生效，解决不同h桥功率单元可能短时采用不同参数版本的问题，减少参数不一致的时间。

1.一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，所述级联h桥包括串联在变流器每相的多个h桥功率单元，所述每个h桥功率单元配置有旁路支路，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：变流器第相输出电压峰值上限的表达式为：

3.根据权利要求1所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：所述目标三相对称电压参考的表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：所述三相共用零序电压的逐时刻下界与上界为：

5.根据权利要求4所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：所述三相共用零序电压取所述逐时刻可行区间的中点：

6.根据权利要求1所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：所述三相共用零序电压采用有限阶谐波形式：

7.根据权利要求1所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：三相共用零序电压按照进行过渡，其中0≤λ≤1；

8.根据权利要求1所述的一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法，其特征在于：在单极倍频载波移相调制方式下，第相相邻功率单元的载波移相角为：

9.一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错系统，其特征在于，包括：

10.一种级联h桥零序注入与载波相移重构容错装置，其特征在于：包括三相级联h桥功率单元，各个h桥功率单元的旁路支路，主控制器和功率单元控制器，以及存储在存储器上，并可在所述主控制器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述主控制器执行时实现如权利要求1所述的级联h桥零序注入与载波相移重构容错方法的步骤。