一种单相级联型DVR单管开路故障容错运行控制方法及系统

一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法及系统
技术领域
1.本发明属于级联多电平变流器容错运行控制技术领域，具体涉及一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法及系统。


背景技术：

2.以大型工业园区为代表的敏感负荷的快速增长，中压系统电压暂降治理已成为近年来最为关注的电能质量问题之一，级联型dvr以其优异的性能备受青睐。
3.然而对于包含多个h桥模块的级联型变换器，大量igbt器件的使用导致整个装置故障概率提升，避免级联型变换器故障停机成为急需解决的问题之一。级联型dvr拓扑以单管igbt开路故障最为常见，某一器件故障将导致装置无法正常工作，严重影响供电质量，针对级联型dvr单管开路故障的容错运行控制策略研究显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法及系统，用于解决级联h桥拓扑dvr补偿设备存在功率器件数量多进而导致故障率高的问题，从而避免单相级联型dvr补偿装置计划外停机，提高装置的利用率和经济性。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，包括以下步骤：
7.s1、采样dvr补偿设备安装处的电压；
8.s2、根据步骤s1得到的电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；
9.s3、设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；
10.s4、将步骤s2得到的电网电压幅值u
s_mag
与步骤s3设定的电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；
11.s5、当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
12.具体的，步骤s2中，采用延迟小角度法计算得到电网电压幅值u
s_mag
。
13.具体的，步骤s3中，电压暂降阈值magthreshold0＝0.9、magthreshold1＝0.6和magthre-shold2＝0.4。
14.进一步的，对于由n个h桥模块组成的级联h桥拓扑，u
c1
、u
c2
、
…
、u
cn
分别为各h桥子模块载波，载波频率、幅值相等，设一个载波周期对应的相位变化范围为2π，则相邻载波间相位差为以c1_inv子模块h桥为例，q
17
和q
18
所在桥臂的调制波为控制器输出值u
oref
，q
19
和q
20
所在桥臂的调制波为-u
oref
，该模块共用一个载波信号u
c1
；若调制波u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉高，q
18
驱动信号拉低，若调制波u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉低，q
18
驱动信号拉高；对于另一桥臂，若调制波-u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉高，q20
驱动信号拉低，若调制波-u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉低，q
20
驱动信号拉高。
15.进一步的，对于电网电压处于magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold0范围内的电压暂降，通过给q2和q4施加以恒定的高电平驱动信号，使该h桥模块输出电压为零，实现旁路运行。
16.具体的，步骤s4具体为：
17.s401、若u
s_mag
》magthreshold0，未发生电压暂降c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块处于待机状态；
18.s402、若magthreshold1《u
s_mag
《magthreshold0，发生浅度电压暂降，c1_inv和c2_inv两个h桥模块级联运行，采用两模块cps-spwm调制策略，h桥模块c3_inv和c4_inv旁路；
19.s403、若magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold1，发生较深电压暂降，c1_inv、c2_inv和c3_inv三个h桥模块级联运行，采用三模块cps-spwm调制策略，h桥模块c4_inv旁路；
20.s404、若u
s_mag
《magthreshold2，发生深度电压暂降，c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块级联运行，采用四模块cps-spwm调制策略。
21.具体的，步骤s5具体为：
22.s501、若magthreshold1《u
s_mag
《magthreshold0，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c3_inv投入运行；
23.s502、若magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold1，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c4_inv投入运行；
24.s503、若u
s_mag
《magthreshold2，将故障管脉冲封锁，故障所在h桥模块工作于半桥调制状态；非故障h桥模块在调制波基础上叠加直流补偿分量。
25.进一步的，当电压暂降深度满足u
s_mag
《magthreshold2时，四个级联模块全部投入运行，若第k个h桥子模块q1或q4发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少正电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改如下：
[0026][0027]
其中，u
′
koref
为容错运行后级联h桥子模块调制波，u
oref
为级联h桥子模块调制波，u
′
ioref
为第i个h桥子模块调制波修正值，u
dc
为各h桥子模块直流侧电压。
[0028]
进一步的，当电压暂降深度满足u
s_mag
《magthreshold2时，四个级联模块全部投入运行，若第k个h桥子模块q2或q3发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少负电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改为下式：
[0029][0030]
其中，u
′
koref
为容错运行后级联h桥子模块调制波，u
oref
为级联h桥子模块调制波，u′
ioref
为第i个h桥子模块调制波修正值，u
dc
为各h桥子模块直流侧电压。
[0031]
第二方面，本发明实施例提供了一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制系统，包括：
[0032]
采样模块，采样dvr补偿设备安装处的电压；
[0033]
计算模块，根据采样模块得到的电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；
[0034]
选择模块，设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；
[0035]
比较模块，将计算模块得到的电网电压幅值u
s_mag
与选择模块设定的电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；
[0036]
控制模块，当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
[0037]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0038]
一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，充分利用了级联型拓扑结构的特点，根据电压暂降深度设置级联模块不同的工作状态，在发生浅度电压暂降时，装置具有待机运行模块，进而可作为容错运行的冗余模块，发生单管开路故障后，冗余模块投入运行，实现故障容错。在发生深度电压暂降时，装置不具有待机运行模块，发生单管开路故障后，通过直流偏置补偿和装置降容的方式，实现故障容错。从而避免了装置计划外停机，提高了装置的利用率，并且没有设置专用冗余模块，提高了装置的经济型。
[0039]
进一步的，检测算法为电压暂降治理首要环节，采用延迟小角度算法可快速构造待检测电压的正交相量，进而利用dq变换可计算得到电网电压幅值，从而实现电网电压特征量快速检测。
[0040]
进一步的，根据电压暂降发生原因可知，不同故障类型或故障位置会造成不同深度的电压暂降事件，从而导致dvr补偿电压值随故障类型和故障位置变化。通过设置三个不同的电压暂降阈值magthreshold0＝0.9、magthreshold1＝0.6和magthre-shold2＝0.4，可以在满足dvr电压补偿功能的前提下，使装置在两模块或三模块运行情况下具有冗余模块，从而降低成本。
[0041]
进一步的，对于n个h桥模块级联而成的电力电子装置宜采用cps-spwm调制策略，相邻子模块之间载波相位互差而h桥级联模块则采用调制波反相单极倍频调制策略，从而使得级联h桥变换器输出电压等效开关频率变为子模块的2n倍，可有效改善输出电压波形质量，降低开关频率，减小器件损耗。
[0042]
进一步的，当电网电压处于magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold0范围内时，通过给q2和q4施加以恒定的高电平驱动信号，使该h桥模块处于旁路状态，从而作为故障冗余模块，既实现了dvr电压补偿功能，又避免了额外设置冗余模块所带来的成本增加。
[0043]
进一步的，根据电压暂降深度和所设定的电压暂降阈值，进而将dvr划分为4个运行状态：未发生电压暂降时，补偿电压指令为零，装置待机运行；发生电压暂降时，随着电压暂降深度加深，分别需投入两个子模块、三个子模块和四个子模块，以满足电压补偿的需求，同时根据cps-spwm调制原理，不同模块数量运行状态下，需要同时调整相邻载波相位差。
[0044]
进一步的，若电压暂降补偿期间dvr补偿装置发生单管开路故障，根据上述所设置电压暂降阈值可知，此时dvr存在三种运行状态：两模块运行、三模块运行和四模块运行。当处于两模块运行或三模块运行时，dvr补偿装置具有待机模块，只需将故障模块进行旁路，待机模块作为冗余模块投入运行，即可实现容错运行，且容错运行前后输出性能不受影响。当处于四模块运行时，由于dvr补偿装置不具有冗余模块，此时宜采取直流偏置补偿的方式运行于容错状态。
[0045]
进一步的，以第k个h桥子模块q1或q4发生开路故障为例，对直流偏置补偿策略进行描述。位于h桥子模块主对角线位置的igbt发生开路故障时，h桥子模块输出电压缺少正电平，从而引入了负的直流偏置，同时h桥子模块输出电压基波分量降为正常状态下的一半。为实现dvr补偿装置容错运行，需将无故障h桥子模块调制波中叠加直流偏置补偿分量，从而抵消故障h桥模块所造成的dvr输出电压直流偏置；同时dvr补偿电压指令需调整为正常状态下的从而避免出现过调制现象。
[0046]
进一步的，以第k个h桥子模块q2或q3发生开路故障为例，对直流偏置补偿策略进行描述。位于h桥子模块主对角线位置的igbt发生开路故障时，h桥子模块输出电压缺少正电平，从而引入了负的直流偏置，同时h桥子模块输出电压基波分量降为正常状态下的一半。为实现dvr补偿装置容错运行，需将无故障h桥子模块调制波中叠加直流偏置补偿分量，从而抵消故障h桥模块所造成的dvr输出电压直流偏置；同时dvr补偿电压指令需调整为正常状态下的从而避免出现过调制现象。
[0047]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0048]
综上所述，本发明有效避免了单相级联型dvr因单管开路故障导致的故障停机，大大提高了装置的利用率和经济性。
[0049]
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。
附图说明
[0050]
图1为传统n+1冗余策略示意图；
[0051]
图2为本发明采用的单相级联型dvr电路拓扑结构图；
[0052]
图3为延迟小角度法构造αβ相量图；
[0053]
图4为单极倍频cps-spwm调制原理图；
[0054]
图5为待机运行模块旁路原理图；
[0055]
图6为非深度电压暂降故障模块旁路原理图；
[0056]
图7为深度电压暂降故障模块旁路原理图；
[0057]
图8为正常运行模块输出电压波形图；
[0058]
图9为旁路运行模块输出电压波形图；
[0059]
图10为0.75电压暂降深度下各h桥级联子模块输出仿真波形图；
[0060]
图11为0.75电压暂降深度下装置补偿效果仿真波形图；
[0061]
图12为0.6电压暂降深度下各h桥级联子模块输出仿真波形图；
[0062]
图13为0.6电压暂降深度下装置补偿效果仿真波形图；
[0063]
图14为0.3电压暂降深度下各h桥级联子模块输出波形图；
[0064]
图15为0.3电压暂降深度下子模块容错运行输出电压傅里叶分析图；
[0065]
图16为0.3电压暂降深度下装置补偿效果仿真波形图。
具体实施方式
[0066]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0068]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0069]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0070]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0071]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0072]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0073]
在做具体实施步骤介绍之前，对所用变量(或常数)做如下说明：
[0074]us
：电网电压瞬时值；ωt：电网电压相位；u
s_mag
：电网电压幅值；θ：延迟小角度；电网电压延迟小角度后相量；在α轴投影；在β轴投影；u
α
：电网电压α轴分量；u
β
：电网电压β轴分量；ud：电网电压d轴分量；uq：电网电压q轴分量；n：级联h桥子模块个
数；u
oref
：级联h桥子模块调制波；u
ci
：第i个h桥子模块载波(i＝1,
…
,n)；u
dc
：各h桥子模块直流侧电压；u
′
ioref
：第i个h桥子模块调制波修正值(i＝1,
…
,n)；magthreshold0：级联h桥两模块工作阈值；magthreshold1：级联h桥三模块工作阈值；magthreshold2：级联h桥四模块工作阈值。
[0075]
本发明提供了一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，在单相级联h桥dvr拓扑的基础上，通过对不同电压暂降深度下运行模块数量的设置，以及深度和浅度暂降下不同容错控制策略的设计，实现了装置在单管开路故障下容错运行，提高了补偿装置的可靠性、经济型；同时本发明基于对电压暂降深度的判断，当发生浅度或较深电压暂降时，旁路运行模块可作为冗余模块，采用传统n+1冗余策略可实现容错运行。当发生深度电压暂降时，通过闭锁故障igbt使故障模块运行于半桥状态，非故障模块补偿直流偏置分量，实现装置容错运行。此外，通过搭建仿真模型对所提出的容错运行控制策略进行验证，结果显示所提方法的可行性与有效性。
[0076]
请参阅图1，在传统的级联h桥n+1冗余策略中，系统正常运行时n个逆变侧h桥单元处于工作状态，第n+1个h桥逆变器处于旁路状态，输出最大功率为额定功率。当某一h桥逆变器发生单管开路故障时，旁路故障单元，第n+1个h桥逆变器投入运行，实现容错控制。然而，冗余模块的引入造成装置体积增大、容量浪费以及成本增加。
[0077]
请参阅图2，本发明所采用的电路拓扑结构中，左侧整流器通过并联多绕组变压接入电网，右侧逆变器为级联h桥结构，通过串联变压器耦合至线路与负载之间，实现电压暂降的补偿，整流器与超级电容共同维持逆变器各h桥子模块直流电压。级联子模块数为n(n＝4)，不额外设置冗余模块。
[0078]
本发明一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，包括以下步骤：
[0079]
s1、对dvr补偿设备安装处电压us进行采样；
[0080]
s2、将步骤s1所得us采样值通过如图3所示的延迟小角度法计算得到电网电压幅值u
s_mag
；
[0081]
请参阅图2，本发明容错运行控制方法所用场景为单相级联型dvr装置，基于对电压暂降深度的判断，通过对级联型逆变器工作模块数的优化设计，实现补偿装置在发生单管开路故障时运行于容错模式，进而提高装置的可靠性、经济型。
[0082]
图3所示为延迟小角度法构造αβ相量图。取α分量为电网电压采样值即通过延迟任意小角度θ得到向量得相量和表达式如下：
[0083][0084]
相量与同相，与同相，由相量图可得化简得：
[0085][0086]
而后代入如下d-q变换公式计算可得电网电压幅值
[0087][0088]
s3、分别设定电压暂降阈值magthreshold0＝0.9、magthreshold1＝0.6和magthre-shold2＝0.4，用于选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略，n模块级联运行时单极倍频cps-spwm调制策略如图4所示，待机模块旁路控制策略如图5所示；
[0089]
请参阅图4，为单极倍频cps-spwm调制原理图。对于由n个h桥模块组成的级联h桥拓扑，u
c1
、u
c2
、
…
、u
cn
分别为各h桥子模块载波，载波频率、幅值相等，若设一个载波周期对应的相位变化范围为2π，则相邻载波间相位差为以图2所示c1_inv子模块h桥为例，q
17
和q
18
所在桥臂的调制波为控制器输出值u
oref
，q
19
和q
20
所在桥臂的调制波为-u
oref
，该模块共用一个载波信号u
c1
。若调制波u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉高，q
18
驱动信号拉低，若调制波u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉低，q
18
驱动信号拉高；对于另一桥臂，若调制波-u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉高，q
20
驱动信号拉低，若调制波-u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉低，q
20
驱动信号拉高。
[0090]
请参阅图5，为待机模块旁路原理图。对于电网电压处于magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold0范围内的电压暂降，逆变侧需要输出的电压幅值相对较低，无需四个模块全部投入运行，因此存在待机模块。通过给q2和q4施加以恒定的高电平驱动信号，使该h桥模块输出电压为零，从而实现旁路运行。
[0091]
s4、把u
s_mag
与所设定电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；
[0092]
s401、若u
s_mag
》magthreshold0，未发生电压暂降c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块处于待机状态；
[0093]
s402、若magthreshold1《u
s_mag
《magthreshold0，发生浅度电压暂降，c1_inv和c2_inv两个h桥模块级联运行，采用两模块cps-spwm调制策略，h桥模块c3_inv和c4_inv旁路；
[0094]
s403、若magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold1，发生较深电压暂降，c1_inv、c2_inv和c3_inv三个h桥模块级联运行，采用三模块cps-spwm调制策略，h桥模块c4_inv旁路；
[0095]
s404、若u
s_mag
《magthreshold2，发生深度电压暂降，c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块级联运行，采用四模块cps-spwm调制策略。
[0096]
请参阅图6，为非深度电压暂降故障模块旁路原理图。对于电网电压处于magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold0范围内的电压暂降，当某个级联h桥子模块发生单管开路故障时，为使装置能够容错运行，h桥模块由全桥调制策略转为旁路运行。以q3发生开路故障为例，将故障管q1和q3驱动信号拉低，同时将q2和q4驱动信号拉高，使该h桥模块输出电压为零，从而实现旁路运行。
[0097]
请参阅图7，为深度电压暂降故障模块旁路原理图。当某个级联h桥子模块发生单管开路故障时，为使装置能够容错运行，需将故障进行旁路。以q3发生开路故障为例，将故障管q3驱动信号拉低，同时该桥臂的q4驱动信号拉高，而该模块另一桥臂处于正常调制状态，q1与q2驱动信号互补。
[0098]
s5、逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
[0099]
请参阅图6，容错运行控制策略具体如下：
[0100]
s501、若magthreshold1《u
s_mag
《magthreshold0，如图6所示，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c3_inv投入运行；
[0101]
s502、若magthreshold2《u
s_mag
《magthreshold1，如图6所示，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c4_inv投入运行；
[0102]
s503、若u
s_mag
《magthreshold2，如图7所示，将故障管脉冲封锁，故障所在h桥模块工作于半桥调制状态；非故障h桥模块在调制波基础上叠加直流补偿分量。
[0103]
请参阅图8和图9，分别为采用图7所示旁路策略前后模块输出电压波形图。由两图对比可以看出，采用深度电压暂降故障模块旁路策略使h桥由全桥运行转为半桥运行，基波电压分量变为正常运行时的而由于输出电压缺少负电平，同时引入了的直流电压偏置。
[0104]
由上述分析可知，图2所示的级联型dvr补偿装置在进行深度电压暂降补偿时，若发生单管开路故障，会使电压输出能力变为额定值的同时带有一定的直流偏置，为使装置运行于容错模式，需对各级联h桥子模块调制波进行修正。
[0105]
若第k个h桥子模块q1或q4发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少正电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改为下式：
[0106][0107]
若第k个h桥子模块q2或q3发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少负电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改为下式：
[0108][0109]
本发明再一个实施例中，提供一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制系统，该系统能够用于实现上述单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，具体的，该单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制系统包括采样模块、计算模块、选择模块、比较模块以及控制模块。
[0110]
其中，采样模块，采样dvr补偿设备安装处的电压；
[0111]
计算模块，根据采样模块得到的电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；
[0112]
选择模块，设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；
[0113]
比较模块，将计算模块得到的电网电压幅值u
s_mag
与选择模块设定的电压暂降阈值
进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；
[0114]
控制模块，当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
[0115]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法的操作，包括：
[0116]
采样dvr补偿设备安装处的电压；根据电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；将电网电压幅值u
s_mag
与设定电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
[0117]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0118]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
[0119]
采样dvr补偿设备安装处的电压；根据电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；将电网电压幅值u
s_mag
与设定电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。
[0120]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0121]
请参阅图10，为电压暂降深度0.75时各h桥级联子模块输出仿真波形图。未发生故障时，h桥子模块c1_inv与c2_inv投入运行，h桥子模块c3_inv与h桥子模块c4_inv处于待机状态，输出电压为0。设置模块c2_inv的q
22
管发生开路故障，装置由图6所示方法将故障模块旁路，并将待机运行模块c3_inv投入运行，实现容错运行。
[0122]
请参阅图11，为电压暂降深度0.75时装置补偿效果仿真波形图。使用n+1容错运行控制策略不影响装置电压补偿功能，负载电压维持在额定值附近。
[0123]
请参阅图12，为电压暂降深度0.6时各h桥级联子模块输出仿真波形图。未发生故障时，h桥子模块c1_inv、c2_inv与c3_inv投入运行，h桥子模块c4_inv处于待机状态，输出电压为0。设置模块c1_inv的q
20
管发生开路故障，装置由图6所示方法将故障模块旁路，并将待机运行模块c4_inv投入运行，实现容错运行。
[0124]
请参阅图13，为电压暂降深度0.6时装置补偿效果仿真波形图。使用n+1容错运行控制策略不影响装置电压补偿功能，负载电压维持在额定值附近。
[0125]
请参阅图14，为电压暂降深度0.3时各h桥级联子模块输出仿真波形图。未发生故障时，h桥子模块c1_inv、c2_inv、c3_inv与c4_inv投入运行，无待机运行模块。设置模块c3_inv的q
28
管发生开路故障，装置由图7所示方法将故障模块旁路，此时故障模块c3_inv输出电压只有负电平与零电平，缺少正电平。同时根据式(4)所示策略修改各子模块调制波，实现容错运行。
[0126]
请参阅图15，为电压暂降深度0.3时子模块容错运行输出电压傅里叶分析图，此时需补偿基波电压有效值为5715v。故障模块c3_inv由于缺少正电平，输出电压伴有-895v直流分量约为同时由于调制波策略调整，且运行于半桥状态，基波分量为707v；无故障模块c1_inv、c2_inv与c4_inv分别补偿298v直流分量约为同时基波分量变为指令值的即1428v。级联h桥逆变器输出极电压基波分量为4990v约为输出电压参考值的同时没有直流分量。
[0127]
请参阅图16，为电压暂降深度0.3时装置补偿效果仿真波形图。使用直流分量补偿容错运行控制策略降低了dvr装置一定的补偿能力，最大程度发挥故障模块补偿能力，从而实现容错运行。
[0128]
综上所述，本发明一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法及系统，通过所采用的级联h桥电路拓扑，并结合基于电压暂降深度判断的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制策略，在电压暂降深度不深的情况下，利用待机模块通过n+1冗余策略实现容错运行，负载仍运行于额定状态；在发生深度电压暂降的情况下，通过全桥运行转为半桥运行，以及直流偏置补偿的方式，充分发挥故障模块输出能力，实现装置容错运行，大大提高装置的可靠性、经济性。
[0129]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可
以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0130]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0131]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0132]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0133]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0134]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0135]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0136]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0137]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0138]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0139]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采样dvr补偿设备安装处的电压；s2、根据步骤s1得到的电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；s3、设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；s4、将步骤s2得到的电网电压幅值u
s_mag
与步骤s3设定的电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；s5、当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。2.根据权利要求1所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，步骤s2中，采用延迟小角度法计算得到电网电压幅值u
s_mag
。3.根据权利要求1所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，步骤s3中，电压暂降阈值magthreshold0＝0.9、magthreshold1＝0.6和magthre-shold2＝0.4。4.根据权利要求3所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，对于由n个h桥模块组成的级联h桥拓扑，u
c1
、u
c2
、
…
、u
cn
分别为各h桥子模块载波，载波频率、幅值相等，设一个载波周期对应的相位变化范围为2π，则相邻载波间相位差为以c1_inv子模块h桥为例，q
17
和q
18
所在桥臂的调制波为控制器输出值u
oref
，q
19
和q
20
所在桥臂的调制波为-u
oref
，该模块共用一个载波信号u
c1
；若调制波u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉高，q
18
驱动信号拉低，若调制波u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
17
驱动信号拉低，q
18
驱动信号拉高；对于另一桥臂，若调制波-u
oref
大于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉高，q
20
驱动信号拉低，若调制波-u
oref
小于载波信号u
c1
，则q
19
驱动信号拉低，q
20
驱动信号拉高。5.根据权利要求3所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，对于电网电压处于magthreshold2<u
s_mag
<magthreshold0范围内的电压暂降，通过给q2和q4施加以恒定的高电平驱动信号，使该h桥模块输出电压为零，实现旁路运行。6.根据权利要求1所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，步骤s4具体为：s401、若u
s_mag
>magthreshold0，未发生电压暂降c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块处于待机状态；s402、若magthreshold1<u
s_mag
<magthreshold0，发生浅度电压暂降，c1_inv和c2_inv两个h桥模块级联运行，采用两模块cps-spwm调制策略，h桥模块c3_inv和c4_inv旁路；s403、若magthreshold2<u
s_mag
<magthreshold1，发生较深电压暂降，c1_inv、c2_inv和c3_inv三个h桥模块级联运行，采用三模块cps-spwm调制策略，h桥模块c4_inv旁路；s404、若u
s_mag
<magthreshold2，发生深度电压暂降，c1_inv、c2_inv、c3_inv和c4_inv四个h桥模块级联运行，采用四模块cps-spwm调制策略。7.根据权利要求1所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，步骤s5具体为：s501、若magthreshold1<u
s_mag
<magthreshold0，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c3_inv投入运行；
s502、若magthreshold2<u
s_mag
<magthreshold1，旁路故障管所在h桥模块，将h桥模块c4_inv投入运行；s503、若u
s_mag
<magthreshold2，将故障管脉冲封锁，故障所在h桥模块工作于半桥调制状态；非故障h桥模块在调制波基础上叠加直流补偿分量。8.根据权利要求7所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，当电压暂降深度满足u
s_mag
<magthreshold2时，四个级联模块全部投入运行，若第k个h桥子模块q1或q4发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少正电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改如下：其中，u
′
koref
为容错运行后级联h桥子模块调制波，u
oref
为级联h桥子模块调制波，u
′
ioref
为第i个h桥子模块调制波修正值，u
dc
为各h桥子模块直流侧电压。9.根据权利要求7所述的单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制方法，其特征在于，当电压暂降深度满足u
s_mag
<magthreshold2时，四个级联模块全部投入运行，若第k个h桥子模块q2或q3发生开路故障，则该故障模块输出电压由于缺少负电平，导致dvr补偿电压伴有的直流分量，各级联h桥子模块调制波修改为下式：其中，u
′
koref
为容错运行后级联h桥子模块调制波，u
oref
为级联h桥子模块调制波，u
′
ioref
为第i个h桥子模块调制波修正值，u
dc
为各h桥子模块直流侧电压。10.一种单相级联型dvr单管开路故障容错运行控制系统，其特征在于，包括：采样模块，采样dvr补偿设备安装处的电压；计算模块，根据采样模块得到的电压采样值计算得到电网电压幅值u
s_mag
；选择模块，设定电压暂降阈值，选择不同电压暂降深度下级联变流器模块的控制策略；比较模块，将计算模块得到的电网电压幅值u
s_mag
与选择模块设定的电压暂降阈值进行比较，得到各h桥模块工作状态和控制策略；控制模块，当逆变侧运行中级联h桥模块发生单管开路故障，根据电压暂降深度选择容错运行控制策略。

技术总结
本发明公开了一种单相级联型DVR单管开路故障容错运行控制方法及系统，采样DVR补偿设备安装处的电压；根据电压采样值计算得到电网电压幅值U


技术研发人员：易皓 刘元昊 张瑞涛
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/6