一种空间型DC/AC变换器及其容错运行方法

技术特征：
1.一种空间型dc/ac变换器，其特征在于：包括直流电源e、基础开关电容模块、n个开关电容子模块、半桥ⅰ和半桥ⅱ，所述基础开关电容模块包括开关管s1、开关管s2、开关管s4、开关管s5、二极管d1、二极管d2、电解电容c1和电解电容c2，所述半桥ⅰ包括开关管s8和开关管s9，所述半桥ⅱ包括开关管s
10
和开关管s
11
；在n=1时，所述开关电容子模块包括开关管s3、开关管s6、开关管s7、二极管d3和电解电容c3；所述基础开关电容模块的开关管s1的输入端分别与所述开关管s2的输入端、所述开关电容子模块的开关管s3的输入端和所述直流电源e的正极连接，所述开关管s1的输出端分别与所述开关管s4的输入端和所述电解电容c1的阳极连接，所述开关管s2的输出端分别与所述开关管s5的输入端、所述开关电容子模块的开关管s6的输入端和电解电容c2的阳极连接；所述开关管s4的输出端分别与所述开关电容子模块的开关管s7的输出端、所述二极管d2的输入端和所述电解电容c2的阴极连接，所述开关管s5的输出端分别与所述二极管d1的输入端和所述电解电容c1的阴极连接；所述开关电容子模块的开关管s3的输出端分别与所述开关管s7的输入端和所述电解电容c3的阳极连接，所述开关管s6的输出端分别与所述二极管d3的输入端和电解电容c3的阴极连接；所述直流电源e的负极分别与所述基础开关电容模块的二极管d1的输出端和二极管d2的输出端，以及所述开关电容子模块的二极管d3的输出端连接；所述半桥ⅰ的开关管s8的输入端与所述基础开关电容模块的电解电容c1的阳极连接，所述开关管s8的输出端与所述开关管s9的输入端连接，所述开关管s9的输出端与所述基础开关电容模块的电解电容c1的阴极连接；所述半桥ⅱ的开关管s
10
的输入端与所述开关电容子模块的电解电容c3的阳极连接，所述开关管s
10
的输出端与所述开关管s
11
的输入端连接，所述开关管s
11
的输出端与所述开关电容子模块的电解电容c3的阴极连接；在n≥2时，第i个开关电容子模块包括电解电容c
i3
、二极管d
i3
、开关管s
i3
、开关管s
i6
和开关管s
i7
，2≤i≤n；第i个开关电容子模块的电解电容c
i3
与第i-1个开关电容子模块的电解电容c
(i-1)3
，通过开关管s
i6
和开关管s
i7
交叉连接；第i个开关电容子模块的电解电容c
i3
的阳极还与开关管s
i3
的输出端连接，开关管s
i3
的输入端分别与所述直流电源e的正极、所述基础开关电容模块的开关管s1的输入端、所述开关管s2的输入端以及开关管s
(i-1)3
的输入端连接；第i个开关电容子模块的电解电容c
i3
的阴极还与二极管d
i3
的输入端连接，二极管d
i3
的输出端分别与所述直流电源e的负极、二极管d
(i-1)3
的输出端、所述基础开关电容模块的二极管d1的输出端和二极管d2的输出端连接；第n个开关电容子模块的电解电容c
n3
的阳极与所述半桥ⅱ的开关管s
10
的输入端连接，电解电容c
n3
的阴极与所述半桥ⅱ的开关管s
11
的输出端连接。2.根据权利要求1所述的空间型dc/ac变换器，其特征在于：所述基础开关电容模块的开关管s4和开关管s5，所述开关电容子模块的开关管s
i6
和开关管s
i7
以及半桥ⅰ和半桥ⅱ的开关管s8、开关管s9、开关管s
10
、开关管s
11
为包含反向二极管的开关管，所述基础开关电容模块的开关管s1和开关管s2以及所述开关电容子模块的开关管s
i3
为不包含反向二极管的开关管。
3.一种空间型dc/ac变换器的调制方法，其特征在于：通过驱动信号，控制权利要求1或2所述的空间型dc/ac变换器工作在2n 5种模态，输出2n 5种电平：0、
±
e、
±
2e、
……
、
±
（n 2）e；其中，n表示开关电容子模块的个数。4.根据权利要求3所述的空间型dc/ac变换器的调制方法，其特征在于：在n=1时，通过比较正弦调制波u
ref
与六个三角载波u
a1
至u
a6
获得逻辑信号u1至u6，将逻辑信号u1至u6经逻辑组合后，输出得到各个开关管的驱动信号，各个开关管的驱动信号表达式为：。5.一种权利要求1或2所述的空间型dc/ac变换器的容错运行方法，其特征在于：在所述基础开关电容模块的开关管s1故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e；在所述基础开关电容模块的开关管s2或开关管s4或开关管s5故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在三种模态，输出三种电平：0和
±
e；在所述开关电容子模块的开关管s3故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e；在所述开关电容子模块的开关管s6或开关管s7故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在三种模态，输出三种电平：0和
±
e；在所述半桥ⅰ的开关管s8或开关管s9故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e；在所述半桥ⅱ的开关管s
10
或开关管s
11
故障时，通过驱动信号控制包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器工作在五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e。6.根据权利要求5所述的空间型dc/ac变换器的容错运行方法，其特征在于：在所述基础开关电容模块的二极管d1故障时，包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器被配置为五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e；在所述基础开关电容模块的二极管d2故障时，包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器被配置为三种模态，输出三种电平：0和
±
e；在所述开关电容子模块的二极管d3故障时，包含一个开关电容子模块的空间型dc/ac变换器被配置为五种模态，输出五种电平：0、
±
e和
±
2e。7.一种空间型dc/ac变换系统，包括控制器和变换器，其特征在于：所述变换器为权利要求1或2所述的空间型dc/ac变换器。
8.根据权利要求7所述的空间型dc/ac变换系统，其特征在于：所述控制器控制所述空间型dc/ac变换器中的开关管动作时，执行权利要求3或4所述的空间型dc/ac变换器的调制方法的步骤。9.一种空间型dc/ac变换器的容错系统，包括控制器和空间型dc/ac变换器，其特征在于：所述控制器控制所述空间型dc/ac变换器中的开关管动作时，执行权利要求5或6所述的空间型dc/ac变换器的容错运行方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种空间型DC/AC变换器及其容错运行方法，所述空间型DC/AC变换器包括直流电源E、基础开关电容模块、N个开关电容子模块、半桥Ⅰ和半桥Ⅱ；第i个开关电容子模块的电解电容C


技术研发人员：王要强 张亨泰 赖锦木 陈天锦 王克文 梁军
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/5/31