本發明專利技術公開了一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法及系統，屬于電力傳輸領域，在能量路由器整機維持正常運行所必需的功率模塊基礎上，串聯多個用于冗余的功率模塊，冗余功率模塊熱備用，參與整機正常運行，故障冗余時，直接快速切除故障，節省冗余模塊切換投入時間；自動均衡調節剩余模塊平滑輸出，規避冗余模塊從零瞬時輸出調節帶來的系統電流電壓沖擊；在正常運行無功率模塊故障時，系統容量裕度大；中央控制器與功率模塊控制器主從模式的故障冗余控制方法，兩種控制器高速通信交互，相互配合，由中央控制器發布故障冗余控制指令，功率模塊高壓控制器執行指令，保證控制時效性，提高控制安全可靠性。提高控制安全可靠性。提高控制安全可靠性。
【技術實現步驟摘要】
一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法及系統
[0001]本專利技術屬于電力傳輸領域，具體涉及一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法及系統。
技術介紹
[0002]能量路由器是通過電力電子變換技術實現電壓變換和能量傳遞的新型變壓器，也叫做電力電子變壓器、直流變壓器等，其在電力傳輸應用中有LLC諧振型軟開關能量路由器、CLLC諧振型能量路由器及DAB移相型能量路由器等多種拓撲結構，能量路由器除了具有傳統變壓器的電壓變換和電氣隔離功能以外，還具有潮流雙向控制、電能質量控制、裝置自保護與自診斷、通訊與信息交換等多種功能，適用于光伏發電、儲能和多元負荷的靈活接入，尤其適合接入數據中心。它是搭建柔性直流配電網的神經元，具有不替代的重要作用。
[0003]作為一種應用于柔性直流配電系統的電力電子設備，能量路由器設備自身的可靠性對于電網的安全可靠運行尤其重要。利用冗余和容錯技術可以有效改善提高能量路由器的可靠性。針對能量路由器的冗余容錯控制方法，通常需要重新計算電壓矢量或載波移相角，或改變調制比，或備用轉投入，比如中國專利CN103916041A、中國專利CN103560689A和CN107546844A等。這些已有方案的缺點是功率模塊故障后控制方法復雜，或者需要重新計算各模塊的調制信號，或者備用與投入切換，因而使得動態切換過渡時間較長，且在冗余切換時產生電流沖擊。CN107546844A，一種電力電子變壓器級聯功率模塊冗余容錯控制方法，適用于級聯H橋型電力電子變壓器。當級聯功率模塊發生故障時，在滿足容錯運行條件的情況下，將故障功率模塊旁路，并將故障功率模塊的開關器件觸發信號重新分配給一個冗余模塊，使電力電子變壓器平滑冗余切換，實現冗余切換的無間隙性和準確性。針對專利CN107546844A，其執行功率模塊冗余切換的操作步驟中，執行故障功率模塊的旁路指令與冗余模塊的投入參與調制，對于切換操作的同步性和可靠性要求非常高，技術實現方法非常具有挑戰性。而且冗余模塊直接使用原故障模塊的H橋脈寬調制信號在整機輸出整體效果看確實是平滑切換，但是對于冗余模塊，從備用狀態的零電壓輸出，瞬間切換變為投入狀態的既有相應電壓輸出又有相應電流輸出，這樣急速的暫態沖擊，冗余功率模塊及其整機系統需要強的承受能力，存在很大的安全隱患。
技術實現思路
[0004]本專利技術的目的在于提供一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法及系統，以克服現有動態切換過渡時間較長，且在冗余切換時產生電流沖擊的問題，本專利技術能夠在能量路由器啟動和運行的過程中控制冗余范圍內的故障功率模塊旁路，穩定能量路由器啟動或正常輸出以提高能量路由器的可靠性、穩定性。
[0005]一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，包括以下步驟：S1，在能量路由器整機維持正常運行所必需的功率模塊基礎上，連接多個用于冗余的功率模塊；
S2，采用功率模塊控制器實時監控各功率模塊狀態，同時將監控數據傳輸至中央控制器，如果功率模塊在設定的時限內收到中央控制器指令，該功率模塊按照中央控制器指令執行，并將功率模塊自身狀態信息反饋給中央控制器；如果功率模塊在設定的時限內未收到中央控制器指令，則該功率模塊判定接收通信中斷，控制該功率模塊的IGBT閉鎖，控制該功率模塊的旁路開關保持分閘狀態，并持續向中央控制器上送功率模塊狀態信息。
[0006]優選的，所有功率模塊均參與設備正常工作，用于冗余的功率模塊處于熱備狀態。
[0007]優選的，如果中央控制器收到功率模塊的故障信息或者根據功率模塊的狀態信息判斷該功率模塊發生故障，中央控制器判斷故障功率模塊數m是否超過冗余數n，如果故障功率模塊數m超過冗余數n，中央控制器判斷整機無法再正常啟動或運行，進入緊急停機狀態，控制整機停止啟動或運行；如果故障功率模塊數m不超過冗余數n，中央控制器判斷整機是否處在正常運行狀態，如果整機處在正常運行狀態，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合其旁路開關和IGBT閉鎖，接收故障模塊反饋的狀態信息；如果整機處于非啟動狀態，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合該故障功率模塊旁路開關，接收故障功率模塊反饋的合閘狀態信息后繼續完成整機啟動流程。
[0008]優選的，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合其旁路開關和IGBT閉鎖，接收故障模塊反饋的狀態信息的同時根據現有正常運行的功率模塊實時上送的電壓電流信號計算出適當的調制脈寬信號發送給正在運行的功率模塊使其平滑地恢復到整機的目標運行狀態。
[0009]優選的，持續向中央控制器上送功率模塊狀態信息包括故障、閉鎖和接收通信中斷信息。
[0010]一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制系統，包括若干維持正常運行的功率模塊和若干冗余功率模塊，若干維持正常運行的功率模塊和若干冗余功率模塊結構相同，均包括高壓單元和低壓單元，高壓單元和低壓單元之間連接中頻變壓器；若干維持正常運行的功率模塊的高壓側和若干冗余功率模塊的高壓側串聯，若干維持正常運行的功率模塊的低壓側和若干冗余功率模塊的低壓側并聯；每個功率模塊的高壓單元連接一個高壓單元控制器，每個功率模塊的低壓單元連接一個低壓單元控制器，各高壓單元控制器和低壓單元控制器連接于同一個中央控制器。
[0011]優選的，每個功率模塊的高壓單元并聯一個旁路開關。
[0012]優選的，每個功率模塊的高壓單元控制器與該功率模塊的低壓單元控制器通過光纖構成雙向通信回路。
[0013]優選的，中央控制器與每個功率模塊的高壓單元控制器和低壓單元控制器均通過光纖構成雙向通信回路。
[0014]優選的，每個功率模塊的高壓單元控制器或低壓單元控制器實時監控各功率模塊狀態，同時將監控數據傳輸至中央控制器，如果功率模塊在設定的時限內收到中央控制器指令，該功率模塊按照中央控制器指令執行，并將該功率模塊自身狀態信息反饋給中央控制器；如果功率模塊在設定的時限內未收到中央控制器指令，則該功率模塊判定接收通信中斷，控制該功率模塊的IGBT閉鎖，控制該功率模塊的旁路開關保持分閘狀態，并持續向中央控制器上送該功率模塊狀態信息。
[0015]與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：本專利技術一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，在能量路由器整機維持正常運行所必需的功率模塊基礎上，串聯多個用于冗余的功率模塊，冗余功率模塊熱備用，參與整機正常運行，故障冗余時，直接快速切除故障，節省冗余模塊切換投入時間；自動均衡調節剩余模塊平滑輸出，規避冗余模塊從零瞬時輸出調節帶來的系統電流電壓沖擊；在正常運行無功率模塊故障時，系統容量裕度大。
[0016]本專利技術一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制系統，中央控制器與功率模塊控制器主從模式的故障冗余控制方法，兩種控制器高速通信交互，相互配合，由中央控制器發布故障冗余控制指令，功率模塊高壓控制器執行指令，保證控制時效性，提高控制安全可靠性。
[0017]由功率模塊高壓控制器直接控制旁路開關合閘，減少旁路開關控制器的投入，從系統保護角度考慮旁路開關合閘控制指令由中央控制器下發由本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1，在能量路由器整機維持正常運行所必需的功率模塊基礎上，連接多個用于冗余的功率模塊；S2，采用功率模塊控制器實時監控各功率模塊狀態，同時將監控數據傳輸至中央控制器，如果功率模塊在設定的時限內收到中央控制器指令，該功率模塊按照中央控制器指令執行，并將功率模塊自身狀態信息反饋給中央控制器；如果功率模塊在設定的時限內未收到中央控制器指令，則該功率模塊判定接收通信中斷，控制該功率模塊的IGBT閉鎖，控制該功率模塊的旁路開關保持分閘狀態，并持續向中央控制器上送功率模塊狀態信息。2.根據權利要求1所述的一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，其特征在于，所有功率模塊均參與設備正常工作，用于冗余的功率模塊處于熱備狀態。3.根據權利要求1所述的一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，其特征在于，如果中央控制器收到功率模塊的故障信息或者根據功率模塊的狀態信息判斷該功率模塊發生故障，中央控制器判斷故障功率模塊數m是否超過冗余數n，如果故障功率模塊數m超過冗余數n，中央控制器判斷整機無法再正常啟動或運行，進入緊急停機狀態，控制整機停止啟動或運行；如果故障功率模塊數m不超過冗余數n，中央控制器判斷整機是否處在正常運行狀態，如果整機處在正常運行狀態，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合其旁路開關和IGBT閉鎖，接收故障模塊反饋的狀態信息；如果整機處于非啟動狀態，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合該故障功率模塊旁路開關，接收故障功率模塊反饋的合閘狀態信息后繼續完成整機啟動流程。4.根據權利要求3所述的一種能量路由器串聯功率模塊故障冗余控制方法，其特征在于，中央控制器發布指令控制故障功率模塊閉合其旁路開關和IGBT閉鎖，接收故障模塊反饋的狀態信息的同時根據現有正常運行的功率模塊實時上送的電壓電流信號計算出適當的調制脈寬信號發送給正在運行的功率模塊使其平滑地恢復到整機的目標運行狀態。5.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王傳川，陳凱，李毅，張振興，賈樂，
申請(專利權)人：中國西電電氣股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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