一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法

一种冗余结构t型三电平变流器及其容错方法
技术领域
1.本发明涉及多电平变流器容错技术领域，具体涉及一种冗余结构t型三电平变流器及其容错方法。


背景技术：

2.随着新能源领域的发展，多电平变流器因为适用于中高压、大容量、高电能质量场合的特点而成为研究热点。其中，t型三电平变流器因为结构紧凑、损耗均衡等特点，越来越广泛地被应用到低压、大电流的场合中。然而，多电平结构中开关数量的增加也使得系统故障的风险增大，对系统的可靠性提出了挑战。
3.故障容错技术是提高变流器系统可靠性的重要手段之一，具体可以将其分为改变拓扑结构的硬件容错、改变调制策略的软件容错两大类方法。其中，硬件容错方法在变流器上增加冗余功率开关管以供备用，通过替换故障管、改变拓扑结构等方式来实现系统的容错运行；软件容错方法充分利用三电平自身的冗余开关状态，通过减少输出电平数、降低输出功率和直流电压利用率等方式来实现系统的容错运行。
4.目前，针对多电平变流器故障容错技术，国内外已经有了不少研究成果，研究者改变拓扑结构容错会导致功率开关管利用效率降低、系统冗余成本增加，改变调制策略会导致控制难度增加、系统性能降低，现有容错控制方法需要在成本和性能这两方面进行取舍，不利于满足实际工程应用需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种冗余结构t型三电平变流器及其容错方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种冗余结构t型三电平变流器，包括直流输入、内桥臂、外桥臂、保护隔离电路、容错切换电路、冗余桥臂和三相输出；
8.所述直流输入包括两个分压电容，具体为上电容c1和下电容c2，上电容c1正极与直流输入正极p点连接，下电容c2负极与直流输入负极n点连接，上电容c1和下电容c2串联连接于直流输入中点o；
9.所述内桥臂包括反向串联的内管v
x2
、v
x3
，反并联续流二极管d
x2
、d
x3
，内管v
x3
与直流输入中点o连接，内管v
x2
与三相桥臂输出点a、b、c连接；
10.所述外桥臂包括同向串联的外管v
x1
、v
x4
，反并联续流二极管d
x1
、d
x4
，外管v
x1
与直流输入正极p点连接，外管v
x4
与直流输入负极n点连接，外管v
x1
、v
x4
连接于三相桥臂输出点a、b、c；
11.所述保护隔离电路包括外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
和内桥臂快速熔断器f
x3
，外桥臂快速熔断器f
x1
位于外管v
x1
与直流输入正极p点连接处，外桥臂快速熔断器f
x2
位于外管v
x4
与直流输入负极n点连接处，内桥臂快速熔断器f
x3
一端连接三相桥臂输出点a、b、c，另一端连
接容错切换电路和三相输出，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；
12.所述容错切换电路包括两组双向可控晶闸管，具体为冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
，冗余桥臂输出晶闸管t
x
，冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
将冗余桥臂与直流输入正负极p、n两点连接，冗余桥臂输出晶闸管t
x
将冗余桥臂与三相输出连接，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；
13.所述冗余桥臂包括冗余管v
d1
、v
d2
，反并联续流二极管d
d3
、d
d4
，中点箝位二极管d
d3
、d
d4
，冗余桥臂通过容错切换电路连接到直流输入与三相输出，从而投入容错运行。
14.优选地，所述容错方法包括正常模式和容错模式。
15.优选地，所述正常模式运行时，容错切换电路中的双向可控晶闸管关断，使得冗余桥臂保持隔离状态，变流器处于正常运行状态。
16.优选地，所述容错模式运行时，根据故障类型执行相应的开路、短路容错步骤，容错切换电路中的部分双向可控晶闸管导通，使得冗余桥臂接入。
17.优选地，所述开路容错运行步骤中，检测出开关管或桥臂开路故障后，封锁故障桥臂上开关管的触发信号，同时触发晶闸管导通来接入冗余桥臂，从而实现容错拓扑的切换，进一步调整触发信号实现开路故障的容错运行；
18.所述短路容错运行步骤中，短路电流使得保护隔离电路中的快速熔断器熔断，从而故障开关管或桥臂被隔离，短路故障被转化为桥臂开路故障，检测出桥臂开路故障后，继而下一步执行开路容错步骤。
19.优选地，所述开路容错运行步骤包括外桥臂开路容错步骤、内桥臂开路容错步骤和全桥臂开路容错步骤；
20.所述短路容错运行步骤包括外桥臂短路容错步骤和内桥臂短路容错步骤。
21.优选地，所述外桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的外管开路，或外管短路造成外桥臂快速熔断器熔断时，检测到外桥臂开路故障发生，首先封锁该相外管v
x1
、v
x4
的触发信号，同时触发冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
和该相的冗余桥臂输出晶闸管t
x
导通，冗余桥臂替换外桥臂工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于外桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；
22.所述内桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管开路时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂未占用，首先封锁该相内管v
x2
、v
x3
的触发信号，同时触发该相的冗余桥臂输出晶闸管t
x
导通，冗余桥臂替换内桥臂工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于内桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；
23.所述全桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管短路造成外桥臂快速熔断器、内桥臂快速熔断器均熔断时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，首先封锁该相内管v
x2
、v
x3
的触发信号，同时冗余桥臂切换到两电平运行状态，从而保证输出功率和直流电压利用率不降低，该相切换为两电平输出，变流器运行于全桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。
24.优选地，所述外桥臂短路容错步骤为：当变流器x相的外管发生短路故障时，首先保护隔离电路上该相的外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂短路故障转化为外桥臂开路故障而被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；
25.所述内桥臂短路容错步骤为：当变流器x相的内管发生短路故障时，首先保护隔离电路上该相的外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂开路故障被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤；
26.所述执行外桥臂开路容错步骤后，冗余桥臂替换该相的外桥臂工作于三电平运行状态，但内桥臂短路故障仍未消除，接着内桥臂快速熔断器f
x3
因为短路电流而迅速熔断，内桥臂短路故障转化为内桥臂开路故障而被检测到，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，继而下一步执行全桥臂开路容错步骤，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。
27.本发明的有益效果：
28.1、本发明通过冗余结构提升变流器的容错能力，变流器的内桥臂、外桥臂可由同一组冗余功率开关管替换，提升了功率开关管的利用率；
29.2、本发明通过对故障进行精准隔离、替换，不仅减少了使用的冗余功率开关管数量，而且克服了容错运行输出电平数减少的问题，降低了冗余成本、提升了容错效果；
30.3、本发明通过将硬件、软件容错方法结合，能容错任意功率开关管和桥臂的开路、短路故障，保证了容错模式下输出功率和直流电压利用率不降低。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明实施例中变流器的结构示意图；
33.图2是本发明实施例中容错方法的流程图；
34.图3是本发明实施例中正常模式拓扑结构示意图；
35.图4是本发明实施例中外桥臂开路容错拓扑结构示意图；
36.图5是本发明实施例中内桥臂开路容错拓扑结构示意图；
37.图6是本发明实施例中全桥臂开路容错拓扑结构示意图。
具体实施方式
38.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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1所示，本实施例提供一种冗余结构t型三电平变流器，包括直流输入1、内桥臂2、外桥臂3、保护隔离电路4、容错切换电路5、冗余桥臂6和三相输出7。
40.直流输入1包括两个分压电容，具体为上电容c1和下电容c2。上电容c1正极与直流输入1正极p点连接，下电容c2负极与直流输入1负极n点连接，上电容c1和下电容c2串联连接于直流输入1中点o。
41.内桥臂2包括反向串联的内管v
x2
、v
x3
，反并联续流二极管d
x2
、d
x3
。内管v
x3
与直流输入1中点o连接，内管v
x2
与三相桥臂输出点a、b、c连接。
42.所述外桥臂3包括同向串联的外管v
x1
、v
x4
，反并联续流二极管d
x1
、d
x4
。外管v
x1
与直
流输入1正极p点连接，外管v
x4
与直流输入1负极n点连接，外管v
x1
、v
x4
连接于三相桥臂输出点a、b、c。
43.保护隔离电路4包括外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
和内桥臂快速熔断器f
x3
。外桥臂快速熔断器f
x1
位于外管v
x1
与直流输入1正极p点连接处，外桥臂快速熔断器f
x2
位于外管v
x4
与直流输入1负极n点连接处，内桥臂快速熔断器f
x3
一端连接三相桥臂输出点a、b、c，另一端连接容错切换电路5和三相输出7，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。
44.容错切换电路5包括两组双向可控晶闸管，具体为冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
，冗余桥臂输出晶闸管t
x
。冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
将冗余桥臂6与直流输入1正负极p、n两点连接，冗余桥臂输出晶闸管t
x
将冗余桥臂6与三相输出7连接，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。
45.冗余桥臂6包括冗余管v
d1
、v
d2
，反并联续流二极管d
d3
、d
d4
，中点箝位二极管d
d3
、d
d4
。冗余桥臂6通过容错切换电路5连接到直流输入1与三相输出7，从而投入容错运行。
46.图2所示为容错方法流程示意图，包括故障类型、保护隔离、正常模式、故障检测、容错模式：
47.其中，故障类型包括外管开路、外管短路、内管开路、内管短路，保护隔离包括冗余桥臂占用情况判断、外桥臂快速熔断器熔断、外桥臂开路故障、内桥臂快速熔断器熔断、内桥臂开路故障，正常模式包括开机、正常模式运行、待机开路故障检测，故障检测包括检测出内桥臂开路故障、检测出外桥臂开路故障，容错模式包括内桥臂开路容错模式、外桥臂开路容错模式、全桥臂开路容错模式、冗余桥臂占用情况判断、故障相三电平运行、故障相两电平运行。根据故障类型的不同，保护隔离电路相应地动作，将功率开关管短路、开路故障转化为外桥臂、内桥臂、全桥臂开路故障，经故障检测确定故障位置，并相应地切换容错模式。
48.如图3所示为正常模式拓扑结构示意图，正常模式运行时，容错切换电路5中的双向可控晶闸管关断，使得冗余桥臂6保持隔离，变流器处于正常运行状态。以o点为零电势参考点，其每一相输出s
x
共有p、o、n三种情况，功率开关管v
x1
、v
x2
、v
x3
、v
x4
、v
d1
、v
d2
的开关状态有0(关断)、1(导通)两种情况、其输出相电压u
xo
分别对应p、o、n三点输出的三种电压值u
c1
、0、-u
c2
(u
c1
、u
c2
分别为直流侧电容c1、c2两端电压)，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。
49.正常模式开关状态表如表1所示：
50.表1
[0051][0052]
容错模式运行时，根据故障类型执行相应的开路、短路容错步骤，容错切换电路5中的部分双向可控晶闸管导通，使得冗余桥臂6接入。硬件、软件容错方法结合，实现开关管或桥臂开路、短路故障的容错运行。
[0053]
开路容错步骤中，检测出开关管或桥臂开路故障后，封锁故障桥臂上开关管的触
发信号，同时触发晶闸管导通来接入冗余桥臂，从而实现容错拓扑的切换，进一步调整触发信号实现开路故障的容错运行。
[0054]
短路容错步骤中，短路电流使得保护隔离电路4中的快速熔断器熔断，从而故障开关管或桥臂被隔离，短路故障被转化为桥臂开路故障，检测出桥臂开路故障后，继而下一步执行开路容错步骤。
[0055]
开路容错步骤包括外桥臂开路容错步骤、内桥臂开路容错步骤、全桥臂开路容错步骤。
[0056]
步骤1、外桥臂开路容错步骤：
[0057]
图4所示为外桥臂开路容错拓扑结构示意图(a相故障为例)，当变流器a相的外管开路，或外管短路造成外桥臂快速熔断器熔断时，检测到外桥臂开路故障发生；首先封锁a相外管v
a1
、v
a4
的触发信号，同时触发冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
和a相的冗余桥臂输出晶闸管ta导通，冗余桥臂6替换外桥臂3工作于三电平运行状态，a相重新恢复三电平输出，变流器运行于外桥臂开路容错模式。
[0058]
外桥臂开路容错模式开关状态表如表2所示：
[0059]
表2
[0060][0061]
步骤2、内桥臂开路容错步骤：
[0062]
图5所示为内桥臂开路容错拓扑结构示意图(a相故障为例)，当变流器a相的内管开路时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂未占用；首先封锁a相内管v
a2
、v
a3
的触发信号，同时触发a相的冗余桥臂输出晶闸管ta导通，冗余桥臂6替换内桥臂2工作于三电平运行状态，a相重新恢复三电平输出，变流器运行于内桥臂开路容错模式。
[0063]
内桥臂开路容错模式开关状态表如表3所示：
[0064]
表3
[0065][0066]
步骤3、全桥臂开路容错步骤：
[0067]
图6所示为全桥臂开路容错拓扑结构示意图(a相故障为例)，当变流器a相的内管短路造成外桥臂快速熔断器、内桥臂快速熔断器均熔断时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用；首先封锁a相内管v
a2
、v
a3
的触发信号，同时冗余桥臂6切换到两电平运行状态，从而保证输出功率和直流电压利用率不降低，a相切换为两电平输
出，变流器运行于全桥臂开路容错模式。a相两电平工作时，a相输出sa共有p、n两种情况，功率开关管v
a1
、v
a2
、v
a3
、v
a4
、v
d1
、v
d2
的开关状态有0(关断)、1(导通)两种情况、其输出相电压u
ao
分别对应p、n两点输出的两种电压值u
c1
、-u
c2
，b、c两相仍工作在正常模式。
[0068]
全桥臂开路容错模式开关状态表如表4所示：
[0069]
表4
[0070][0071]
短路容错步骤包括外桥臂短路容错步骤、内桥臂短路容错步骤。
[0072]
步骤一：外桥臂短路容错步骤
[0073]
当变流器a相的外管发生短路故障时，首先保护隔离电路4上a相的外桥臂快速熔断器f
a1
、f
a2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂短路故障转化为外桥臂开路故障而被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤。
[0074]
步骤二：内桥臂短路容错步骤
[0075]
当变流器a相的内管发生短路故障时，首先保护隔离电路4上a相的外桥臂快速熔断器f
a1
、f
a2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂开路故障被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤。
[0076]
执行外桥臂开路容错步骤后，冗余桥臂6替换a相的外桥臂3工作于三电平运行状态，但内桥臂短路故障仍未消除，接着内桥臂快速熔断器f
a3
因为短路电流而迅速熔断，内桥臂短路故障转化为内桥臂开路故障而被检测到，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，继而下一步执行全桥臂开路容错步骤。
[0077]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0078]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0079]
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。
[0080]
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。
[0081]
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。
[0082]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种冗余结构t型三电平变流器，其特征在于，包括直流输入(1)、内桥臂(2)、外桥臂(3)、保护隔离电路(4)、容错切换电路(5)、冗余桥臂(6)和三相输出(7)；所述直流输入(1)包括两个分压电容，具体为上电容c1和下电容c2，上电容c1正极与直流输入(1)正极p点连接，下电容c2负极与直流输入(1)负极n点连接，上电容c1和下电容c2串联连接于直流输入(1)中点o；所述内桥臂(2)包括反向串联的内管v
x2
、v
x3
，反并联续流二极管d
x2
、d
x3
，内管v
x3
与直流输入(1)中点o连接，内管v
x2
与三相桥臂输出点a、b、c连接；所述外桥臂(3)包括同向串联的外管v
x1
、v
x4
，反并联续流二极管d
x1
、d
x4
，外管v
x1
与直流输入(1)正极p点连接，外管v
x4
与直流输入(1)负极n点连接，外管v
x1
、v
x4
连接于三相桥臂输出点a、b、c；所述保护隔离电路(4)包括外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
和内桥臂快速熔断器f
x3
，外桥臂快速熔断器f
x1
位于外管v
x1
与直流输入(1)正极p点连接处，外桥臂快速熔断器f
x2
位于外管v
x4
与直流输入(1)负极n点连接处，内桥臂快速熔断器f
x3
一端连接三相桥臂输出点a、b、c，另一端连接容错切换电路(5)和三相输出(7)，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；所述容错切换电路(5)包括两组双向可控晶闸管，具体为冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
，冗余桥臂输出晶闸管t
x
，冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
将冗余桥臂(6)与直流输入(1)正负极p、n两点连接，冗余桥臂输出晶闸管t
x
将冗余桥臂(6)与三相输出(7)连接，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相，所述冗余桥臂(6)包括冗余管v
d1
、v
d2
，反并联续流二极管d
d3
、d
d4
，中点箝位二极管d
d3
、d
d4
，冗余桥臂(6)通过容错切换电路(5)连接到直流输入(1)与三相输出(7)，从而投入容错运行。2.一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述容错方法包括正常模式和容错模式。3.根据权利要求2所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述正常模式运行时，容错切换电路(5)中的双向可控晶闸管关断，使得冗余桥臂(6)保持隔离状态，变流器处于正常运行状态。4.根据权利要求3所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述容错模式运行时，根据故障类型执行相应的开路、短路容错步骤，容错切换电路(5)中的部分双向可控晶闸管导通，使得冗余桥臂(6)接入。5.根据权利要求4所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述开路容错运行步骤中，检测出开关管或桥臂开路故障后，封锁故障桥臂上开关管的触发信号，同时触发晶闸管导通来接入冗余桥臂，从而实现容错拓扑的切换，进一步调整触发信号实现开路故障的容错运行；所述短路容错运行步骤中，短路电流使得保护隔离电路(4)中的快速熔断器熔断，从而故障开关管或桥臂被隔离，短路故障被转化为桥臂开路故障，检测出桥臂开路故障后，继而下一步执行开路容错步骤。6.根据权利要求5所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述开路容错运行步骤包括外桥臂开路容错步骤、内桥臂开路容错步骤和全桥臂开路容错步骤；
所述短路容错运行步骤包括外桥臂短路容错步骤和内桥臂短路容错步骤。7.根据权利要求6所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述外桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的外管开路，或外管短路造成外桥臂快速熔断器熔断时，检测到外桥臂开路故障发生，首先封锁该相外管v
x1
、v
x4
的触发信号，同时触发冗余桥臂输入晶闸管t
d1
、t
d2
和该相的冗余桥臂输出晶闸管t
x
导通，冗余桥臂(6)替换外桥臂(3)工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于外桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；所述内桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管开路时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂未占用，首先封锁该相内管v
x2
、v
x3
的触发信号，同时触发该相的冗余桥臂输出晶闸管t
x
导通，冗余桥臂(6)替换内桥臂(2)工作于三电平运行状态，该相重新恢复三电平输出，变流器运行于内桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；所述全桥臂开路容错步骤为：当变流器x相的内管短路造成外桥臂快速熔断器、内桥臂快速熔断器均熔断时，检测到内桥臂开路故障发生，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，首先封锁该相内管v
x2
、v
x3
的触发信号，同时冗余桥臂(6)切换到两电平运行状态，从而保证输出功率和直流电压利用率不降低，该相切换为两电平输出，变流器运行于全桥臂开路容错模式，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。8.根据权利要求6所述的一种冗余结构t型三电平变流器的容错方法，其特征在于，所述外桥臂短路容错步骤为：当变流器x相的外管发生短路故障时，首先保护隔离电路(4)上该相的外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂短路故障转化为外桥臂开路故障而被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相；所述内桥臂短路容错步骤为：当变流器x相的内管发生短路故障时，首先保护隔离电路(4)上该相的外桥臂快速熔断器f
x1
、f
x2
因为短路电流而迅速熔断，外桥臂开路故障被检测到，继而下一步执行外桥臂开路容错步骤；所述执行外桥臂开路容错步骤后，冗余桥臂(6)替换该相的外桥臂(3)工作于三电平运行状态，但内桥臂短路故障仍未消除，接着内桥臂快速熔断器f
x3
因为短路电流而迅速熔断，内桥臂短路故障转化为内桥臂开路故障而被检测到，且冗余桥臂因替换外桥臂而被占用，继而下一步执行全桥臂开路容错步骤，其中x＝a,b,c分别对应a、b、c三相。

技术总结
本发明公开了涉及多电平变流器容错技术领域的一种冗余结构T型三电平变流器及其容错方法，变流器包括直流输入、内桥臂、外桥臂、保护隔离电路、容错切换电路、冗余桥臂和三相输出；所述容错方法包括正常模式和容错模式。本发明通过冗余结构提升变流器的容错能力，变流器的内桥臂、外桥臂可由同一组冗余功率开关管替换，提升了功率开关管的利用率；通过对故障进行精准隔离、替换，不仅减少了使用的冗余功率开关管数量，而且克服了容错运行输出电平数减少的问题，降低了冗余成本、提升了容错效果；通过将硬件、软件容错方法结合，能容错任意功率开关管和桥臂的开路、短路故障，保证了容错模式下输出功率和直流电压利用率不降低。模式下输出功率和直流电压利用率不降低。模式下输出功率和直流电压利用率不降低。


技术研发人员：张建忠 陶丹 徐帅 马光同
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/14