本技术公开了一种适用于级联型固态变压器的优化容错控制方法。本发明在级联变换器基本控制环节的基础上，通过检测各个正常运行的级联模块切换过程中母线电压和冗余模块的母线电压的大小，并根据当前各级联模块调制信号，动态计算获得各级联模块新的调制信号，可以实现切换过程各个阶段中电压电流的波动减小。本发明解决级联变换器中一个级联模块故障导致整个系统切换时的电流冲击过大问题。本方法不需要附加额外电路，能够实现级联变换器在故障发生时的平滑切换，使整个系统能继续稳定工作，防止过电流保护而导致整个系统崩溃。
背景技术
在级联固态变压器系统中，使用的电力电子开关管器件数量与模块数目成正比，而电力电子开关管是电力电子装置中最容易出现故障的部分，因此，级联变换器出现开关管故障的概率远大于普通变换器。而且级联系统中某个模块的故障如果没有及时得到妥善处理，引起电压电流的大幅变化很容易影响其他模块的正常工作，引起更多模块的故障，甚至导致整个系统的瘫痪。因此，为了保障供电系统的持续正常运行，设计可靠的故障容错控制策略有着十分重要的意义。
电力电子器件常见的故障包括短路故障与开路故障两种，其中短路故障是开关管因击穿等原因而进入常闭的状态，其特点是故障发生速度快，对电路损伤大，故障特征明显；而开路故障则是开关管无法开通而处于常关的状态。故障发生后，就需要合适的容错策略来保证系统在故障情况下持续运行而不至于损坏。常用的容错策略主要包括根据故障类型重构电路与增加冗余两种。重构电路的方式一般是将故障开关隔离后，通过改变控制方式来让电路剩余部分继续运行。该容错方式虽然可以使电路容错运行，但是其输出电能的质量均会有一定程度的下降，无法完全恢复故障前的工作效果。相比之下，基于冗余的容错方案通常可以更好地保证系统在容错运行时达到与正常运行时相同的效果。冗余开关管的容错方案，是分别为电路中的每个开关管串联或并联一个冗余开关管，在故障时由对应的冗余开关管代替故障开关管工作。但是这种容错方式所需要的开关管数量比正常情况多一倍，大幅增加成本。此外，还有一种冗余桥臂的方案，为每一个H桥增加一个冗余桥臂，在容错运行时隔离故障桥臂，并由冗余桥臂代替故障桥臂工作，相比于冗余开关管的方案，这种方案所需要的冗余器件的数量大大减少，但是在级联的应用场景中，冗余器件带来的成本仍然会随着模块数增加而提高。
对于易于模块化级联电路，另一种常用的冗余方案就是为系统增加一个冗余模块，从而可以在故障情况下直接旁路故障模块，用冗余模块代替故障模块继续运行。
根据在正常运行情况下是否投入电路中与其他模块一起运行，冗余模块方案又分为冷备用模块方案与热备用模块方案两种。
由于模块热备用方案容错运行时系统模块数相比正常工作时少，因此容错运行时无法保持正常运行时的状态。同时因为容错运行时需要抬高母线电压，所以在设计电路中的开关管等器件的耐压参数时需要留出额外的裕量，这就导致正常运行时也无法充分利用装置的容量。而且在模块的母线电压抬升后，后级隔离DC/DC的增益也要进行调整，这便会导致其偏离额定工作点，对于广受欢迎的LLC等隔离DC/DC方案来说，偏离额定工作点往往意味着变换器效率的降低，因此导致系统整体效率降低。
与热备用方案相比，冷备用方案在系统正常运行时与系统容错运行时投入工作的模块数目一致，而且系统中各电压电流大小也没有变化，因此冷备用方案在容错运行时理论上可以完全恢复正常运行的工作状态。但是冷备用方案的缺点在于，发生故障后，为防止故障扩散，需要立即旁路故障模块并接入冗余模块，但是冗余模块需要充电至母线电压达到额定值才能完全代替故障模块工作，而常规应用中，为了保证母线电压稳定，以及减小交流输入时母线上的二次谐波脉动，模块的母线电容一般选用较大的容值，因此冗余模块的充电时间也会比较长。在这段时间内，系统一直处于动态调整的状态中，如何在这段模块切换的过程中保持系统稳定，并减小输入输出电压电流的波动，就成了冷备用方案需要解决的主要问题。
模块冷备用容错控制中切除故障模块到冗余模块母线电容充满电的过程实质上就是故障模块与冗余模块的模块切换过程，要减小冗余模块切入之后到充电到额定值之前过程中系统中电压电流的波动，就是要实现级联固态变压器系统中模块的平滑切换。
实现思路