CN114726244B - 一种具有容错功能的三电平系统及控制方法 - Google Patents

一种具有容错功能的三电平系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有容错功能的三电平系统及控制方法，包括三电平电路和容错控制模块；三电平电路包括T型三电平电力电子器件、保险丝组、备用模块、连接开关组和三个输出端，三电平电路的每相输出端至少与一个保险丝和至少一个连接开关串联，每个备用模块至少与一个连接开关串联，备用模块通过连接开关与三电平电路的输出端进行电连接；容错控制模块包括故障检测模块、限流保护模块、PWM逻辑模块，故障检测模块包括检测芯片和控制器，检测芯片用于检测T型三电平电力电子器件的管压变化；限流保护模块包括比较器和D触发器，限流保护模块通过比较器和触发器处理产生限流保护信号；PWM逻辑模块包括逻辑电路，保证对电路中的故障进行快速响应。

Description

一种具有容错功能的三电平系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种具有容错功能的三电平系统及控制方法。
背景技术
由于多电平电力电子变换器具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，近年来在实际生产中得到越来越广泛的应用。现有的电力电子变换器自身一般不具备容错运行能力，一旦电源系统发生故障，则会造成不可估量的经济损失，故，提升电力电子变换器电路的可靠性具有较为重要的意义。
在一些现有技术中，通过双向电力电子开关隔离故障，但是此种基于硬件的容错方法会带来较高的硬件成本，还会降低系统效率，导致系统对于故障的反应较迟钝。
发明内容
本发明解决的问题是如何快速响应和隔离故障。
为解决上述问题，本发明提供一种具有容错功能的三电平系统，包括三电平电路和容错控制模块；所述三电平电路包括T型三电平电力电子器件、保险丝组、备用模块、连接开关组和三个输出端，所述保险丝组包括至少三个保险丝，所述连接开关组包括至少三个连接开关，所述三电平电路的每相输出端与至少一个所述保险丝和至少一个所述连接开关串联，所述备用模块所述连接开关连接，当所述T型三电平电力电子器件发生内部故障时，所述备用模块用于通过所述连接开关与所述三电平电路的输出端进行电连接；所述容错控制模块包括故障检测模块、限流保护模块和PWM组合逻辑模块；所述故障检测模块包括检测芯片和控制器，所述检测芯片用于检测所述T型三电平电力电子器件的管压变化，所述控制器用于触发对所述T型三电平电力电子器件的故障检测保护信号；所述限流保护模块包括比较器和D触发器，所述限流保护模块用于通过所述比较器和所述D触发器处理产生限流保护信号，以使非故障相电感电流保持在预设门槛值以下；所述PWM组合逻辑模块包括逻辑电路，用于将输入的PWM信号、所述限流保护信号和所述故障检测保护信号通过逻辑处理获得对驱动电路的驱动信号，其中，所述驱动电路用于驱动所述三电平电力电子器件。
相对于现有技术，本发明通过故障检测模块检测出电路的故障问题，然后通过限流保护模块保护非故障相的电流大小，使其动态维持在预设门槛值之内，并直接使故障相的电流超过预设门槛值，以快速熔断保险丝，然后将三相信号分别通过各自的PWM组合逻辑模块处理后输出到控制电路，实现基于实际运行情况而灵活控制三相电路的作用，在保险丝熔断后，通过连接开关连接故障相的输出端与备用模块，使备用模块与非故障相组成新的三相电路以维持负载。
可选地，所述备用模块包括备用桥臂，所述备用桥臂采用二电平结构，所述备用桥臂包括第一备用开关管和第二备用开关管，所述连接开关组包括三个连接开关；所述第一备用开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一备用开关管的发射极与每个所述连接开关电连接，所述第二备用开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接；所述第二备用开关管的集电极与每个所述连接开关电连接，每个所述连接开关与所述三电平电路的每个输出端一一对应电连接，其中，每个所述连接开关的第一侧与所述备用桥臂的两个备用开关管同时电连接，每个所述连接开关的第二侧与所述输出端电连接。
由此，通过在电路中设置二电平结构的备用桥臂，保证应对所有的单一故障情况。
可选地，所述备用模块包括冗余桥臂，所述冗余桥臂包括第一冗余开关管和第二冗余开关管，所述连接开关组包括第一连接开关、第二连接开关、第三连接开关、第四连接开关、第五连接开关和第六连接开关；所述第一冗余开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一冗余开关管的发射极分别与所述第一连接开关、所述第三连接开关和所述第五连接开关的第一侧电连接；所述第二冗余开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接，所述第二冗余开关管的集电极分别与所述第二连接开关、所述第四连接开关和所述第六连接开关的第一侧电连接；所述第一连接开关和所述第二连接开关的第二侧与所述三电平电路的A相输出端电连接，所述第三连接开关和所述第四连接开关与所述三电平电路的B相输出端电连接，所述第五连接开关和所述第六连接开关与所述三电平电路的C相输出端电连接。
由此，通过在电路中设置冗余桥臂，保证应对不同桥臂同时发生故障的情况。
可选地，所述PWM组合逻辑模块包括与非门和或非门组成的逻辑电路，其中，将所述PWM信号和所述限流保护信号作为所述与非门的输入，将所述与非门的输出和所述故障检测保护信号作为所述或非门的输入，将所述或非门的输出作为所述驱动信号。
由此，通过PWM组合逻辑模块实现对三电平电路每相的单独控制。
可选地，所述限流保护模块包括A相限流保护模块、B相限流保护模块、C相限流保护模块和备用相限流保护模块，所述备用相限流保护模块用于在所述三电平电路发生故障并触发所述备用模块时，对所述备用模块进行限流保护。
由此，通过A、B、C三个限流保护模块，在三电平电路发生故障并触发备用模块时，对非故障相进行限流保护，在保护非故障相电路的同时，保证非故障相对应的保险丝快速熔断，备用相限流保护模块保护备用桥臂的电流不超过预设电流门槛，保护备用桥臂电路中的器件。
可选地，所述容错控制模块还包括通路选择模块，所述通路选择模块包括A相通路选择模块、B相通路选择模块、C相通路选择模块和故障保护组合模块，其中，所述A相通路选择模块包括A相选择开关和A相开关状态输出模块，所述A相选择开关为双掷开关，所述双掷开关的动端用于与PWM信号发生器或所述A相开关状态输出模块的其中之一电连接，所述双掷开关的不动端与所述PWM组合逻辑模块电连接，作为所述与非门的输入，所述A相开关状态输出模块用于输出预设的开关状态信号；所述B相通路选择模块包括B相选择开关和B相开关状态输出模块；所述C相通路选择模块包括C相选择开关和C相开关状态输出模块，所述B相通路选择模块和所述C相通路选择模块的设置方式与所述A相通路选择模块相同；所述故障保护组合模块包括或门，所述或门的输入端与所述故障检测模块电连接，输出端与所述A相选择开关的不动端、所述B相选择开关的不动端和所述C相选择开关的不动端分别电连接。
由此，通过通路选择模块保证在发生电路故障时，进一步增加故障相中流过的电流，使故障相中的保险丝加速熔断，以使三电平电路快速响应故障。
可选地，当所述三电平电路正常工作时，所述故障保护组合模块输出低电平，当所述三电平电路非正常工作时，所述故障保护组合模块输出高电平；所述预设的开关状态信号包括高电平或低电平。
由此，保证三电平电路在正常工作和非正常工作状态具有不同的连接方式，在非正常工作状态可以加速三电平电路对故障的响应。
可选地，所述连接开关为双向晶闸管。
另一方面，本发明提供一种三电平系统控制方法，应用于如上所述的具有容错功能的三电平系统，所述三电平系统控制方法包括：
检测三电平电路的运行数据，所述运行数据包括电流和器件管压；判断所述运行数据的波动幅度是否超过预设波动阈值；若所述运行数据的所述波动幅度超过所述预设波动阈值，则判断所述三电平电路发生故障，触发对故障相的故障检测保护信号，使故障相电路驱动封锁；当非故障相电流幅值大于电流门槛值时，通过限流保护单元的比较器输出低电平，控制D触发器异步清零，输出低电平，使所述非故障相电路驱动封锁，降低所述非故障相电流幅值，其中，T型三电平电力电子器件中形成短路回路，使所述短路回路中的电流升高，所述故障相电路的电流升高至二倍的所述电流门槛值，使所述故障相电路的保险丝熔断；在故障相保险丝熔断后，闭合与所述故障相电连接的连接开关，备用模块与所述非故障相组成三相电路，维持负载。
可选地，在所述故障相保险丝熔断之前，还包括：
当判断所述三电平电路未发生故障时，控制A相选择开关、B相选择开关和C相选择开关的动端与PWM发生器电连接；当判断所述三电平电路发生故障时，触发故障组合保护策略，所述故障组合保护策略包括：控制所述A相选择开关的动端与A相开关状态输出模块电连接，所述B相选择开关与B相开关状态输出模块电连接，所述C相选择开关与C相开关状态输出模块电连接；控制故障检测模块和故障保护组合模块传递故障检测保护信号，使输入所述故障相电路的电平与输入所述非故障相电路的电平相反，以增加所述故障相电路的电流。
所述三电平系统控制方法相对于现有技术的有益效果与所述具有容错功能的三电平系统基本相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的具有容错功能的三电平系统的一种三电平电路图；
图2为本发明实施例的具有容错功能的三电平系统的另一种三电平电路图；
图3为本发明实施例的具有容错功能的三电平系统的PWM组合逻辑模块的示意图；
图4为本发明实施例的具有容错功能的三电平系统的系统框图；
图5为本发明实施例的具有容错功能的三电平系统的拓扑结构图；
图6为本发明实施例的三电平系统控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
如图4和图5所示，本发明实施例提供一种具有容错功能的三电平系统，包括三电平电路和容错控制模块；
所述三电平电路包括T型三电平电力电子器件、保险丝组、备用模块、连接开关组和三个输出端，所述保险丝组包括至少三个保险丝，所述连接开关组包括至少三个连接开关，所述三电平电路的每相输出端与至少一个所述保险丝和至少一个所述连接开关串联，所述备用模块所述连接开关连接，当所述T型三电平电力电子器件发生内部故障时，所述备用模块用于通过所述连接开关与所述三电平电路的输出端进行电连接；
所述容错控制模块包括故障检测模块、限流保护模块和PWM组合逻辑模块；
所述故障检测模块包括检测芯片和控制器，所述检测芯片用于检测所述T型三电平电力电子器件的管压变化，所述控制器用于触发对所述T型三电平电力电子器件的故障检测保护信号；
所述限流保护模块包括比较器和D触发器，所述限流保护模块用于通过所述比较器和所述D触发器处理产生限流保护信号，以使非故障相电感电流保持在预设门槛值以下；
所述PWM组合逻辑模块包括逻辑电路，用于将输入的PWM信号、所述限流保护信号和所述故障检测保护信号通过逻辑处理获得对驱动电路的驱动信号，其中，所述驱动电路用于驱动所述三电平电力电子器件。
所述限流保护模块包括比较器和D触发器，所述限流保护模块通过所述比较器和触发器处理产生限流保护信号，用于使非故障相电感电流保持在预设门槛值以下；
所述PWM组合逻辑模块包括逻辑电路，用于将输入的PWM信号、所述限流保护信号和所述故障检测保护信号通过逻辑处理获得对驱动电路的驱动信号。
T型三电平电力电子器件包括四组三相开关管，为描述清楚，将第一组开关管记为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，第二组开关管记为
Figure 471122DEST_PATH_IMAGE002
，第三组开关管记为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，第四组开关管记为
Figure 760152DEST_PATH_IMAGE004
，其中，x包括a、b、c。
保险丝组包括保险丝
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、保险丝
Figure 643795DEST_PATH_IMAGE006
和保险丝
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。三电平输出端与保险丝组串联，在电路发生短路故障时用于隔离故障，在一实施例中，A相发生短路故障，故障相电路中的电流异常增大，使保险丝
Figure 259713DEST_PATH_IMAGE005
熔断。
连接开关用于在电路发生短路故障时，连接故障相与备用模块，使备用模块与非故障相共同作为三相电路维持负载能量。
容错控制模块包括故障检测模块、限流保护模块和PWM组合逻辑模块。由于电路发生短路故障时，因其他器件正常开通，所以会导致电路中形成短路的部分出现异常电流，引起器件管压上升，此时检测芯片可以根据器件管压异常情况从而判断是否出现电路故障，进一步基于故障检测模块判断哪相电路发生了短路故障。
在一实施例中，如图3所示，限流保护模块包括比较器和D触发器，比较器用于比较输入的电感电流与预设的门槛电流的大小关系，将门槛值作为比较器的同相输入，电流值作为比较器的反相输入。当非故障相电流幅值大于电流的门槛值
Figure 494386DEST_PATH_IMAGE008
时，比较器输出低电平，D触发器异步清零，输出变为低电平，非故障相驱动封锁，然后电感电流绝对值开始下降，当电感电流的绝对值下降到门槛值
Figure 55948DEST_PATH_IMAGE008
以下时，比较器输出变为高电平，当时钟CLK信号上升沿来临时，D触发器输出变为高电平，非故障相驱动恢复正常，电感电流的绝对值因为故障相短路而重新开始上升，重复上述电感电流上升触发D触发器驱动封锁非故障相的过程。
在此阶段，非故障相电流被限制在门槛值
Figure 794097DEST_PATH_IMAGE008
以下，与故障相电路串联的保险丝流过的电流值的大小为二倍门槛值
Figure 173126DEST_PATH_IMAGE008
大小，保证有足够的电流熔断保险丝的同时，非故障相器件的电流大小受到门槛值的控制，保证电路安全。
D触发器是一个具有记忆功能的，具有两个稳定状态的信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元，也是数字逻辑电路中一种重要的单元电路。
所述PWM组合逻辑模块包括逻辑电路，用于将输入的PWM信号、所述限流保护信号和所述故障检测保护信号通过逻辑处理获得对驱动电路的驱动信号。
在一实施例中，PWM组合逻辑模块用于在发生电路故障时处理来自PWM发生器、故障检测模块和限流保护模块的信号，产生驱动信号，以驱动与自身对应的开关管组。如，A相PWM组合逻辑模块处理由PWM信号发生器产生驱动信号以控制电路中的A相电路对应的开关管
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，在发生短路故障时，A相PWM组合逻辑模块处理PWM-A信号和A相的限流保护信号，将逻辑判断出的结果输入驱动电路，以控制开关管组
Figure 754149DEST_PATH_IMAGE009
。
可选地，连接开关为双向晶闸管。
双向晶闸管的成本低，可靠性高。
可选地，如图1所示，所述备用模块包括备用桥臂，所述备用桥臂采用二电平结构，所述备用桥臂包括第一备用开关管和第二备用开关管，所述连接开关组包括三个连接开关；
所述第一备用开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一备用开关管的发射极与每个所述连接开关电连接，所述第二备用开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接；
所述第二备用开关管的集电极与每个所述连接开关电连接，每个所述连接开关与所述三电平电路的每个输出端一一对应电连接，其中，每个所述连接开关的第一侧与所述备用桥臂的两个备用开关管同时电连接，每个所述连接开关的第二侧与所述输出端电连接。
连接开关包括连接开关
Figure 244036DEST_PATH_IMAGE010
、连接开关
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和连接开关
Figure 836691DEST_PATH_IMAGE012
；备用桥臂包括第一备用开关管
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和第二备用开关管
Figure 527567DEST_PATH_IMAGE014
。
备用桥臂采用二电平结构，可以覆盖全部的单一故障，在三电平电路发生短路故障时，通过熔断电阻丝隔离故障，然后通过开启连接开关以将备用桥臂作为故障相的替换电路进行代替，与非故障相组成三相电路维持负载，通过二电平结构的备用桥臂，可以有效降低成本和系统复杂性，进而保证系统具有较低的故障风险，具有较高的可靠性。
可选地，如图2所示，所述备用模块包括冗余桥臂，所述冗余桥臂包括第一冗余开关管和第二冗余开关管，所述连接开关组包括第一连接开关、第二连接开关、第三连接开关、第四连接开关、第五连接开关和第六连接开关；
所述第一冗余开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一冗余开关管的发射极分别与所述第一连接开关、所述第三连接开关和所述第五连接开关的第一侧电连接；
所述第二冗余开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接，所述第二冗余开关管的集电极分别与所述第二连接开关、所述第四连接开关和所述第六连接开关的第一侧电连接；
所述第一连接开关和所述第二连接开关的第二侧与所述三电平电路的A相输出端电连接，所述第三连接开关和所述第四连接开关与所述三电平电路的B相输出端电连接，所述第五连接开关和所述第六连接开关与所述三电平电路的C相输出端电连接。
为表述清楚，连接开关包括第一连接开关
Figure DEST_PATH_IMAGE015
、第二连接开关
Figure 471252DEST_PATH_IMAGE016
、第三连接开关
Figure DEST_PATH_IMAGE017
、第四连接开关
Figure 155043DEST_PATH_IMAGE018
、第五连接开关
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和第六连接开关
Figure 867784DEST_PATH_IMAGE020
；冗余桥臂包括第一冗余开关管
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和第二冗余开关管
Figure 463982DEST_PATH_IMAGE022
。
当备用模块为冗余桥臂时，连接开关增加为六个，使电路更加灵活，通过六个连接开关进行灵活开关，满足对部分不同桥臂同时发生故障的情况。
可选地，所述PWM组合逻辑模块包括与非门和或非门组成的逻辑电路，其中，将所述PWM信号和所述限流保护信号作为所述与非门的输入，将所述与非门的输出和所述故障检测保护信号作为所述或非门的输入，将所述或非门的输出作为所述驱动信号。
如图2-图5所示，通过A相PWM组合逻辑模块为例，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示A相电路中的电感电流值，PWM-A表示由PWM信号发生器用于控制A相电路的PWM信号，PWM组合逻辑模块获得结果后，输入至驱动电路，以驱动开关管
Figure 894963DEST_PATH_IMAGE009
。其中，A相、B相和C相均有对应的PWM组合逻辑模块和驱动电路。
可选地，所述容错控制模块还包括通路选择模块，所述通路选择模块包括A相通路选择模块、B相通路选择模块、C相通路选择模块和故障保护组合模块，其中，所述A相通路选择模块包括A相选择开关和A相开关状态输出模块，所述A相选择开关为双掷开关，所述双掷开关的动端用于与PWM信号发生器或所述A相开关状态输出模块的其中之一电连接，所述双掷开关的不动端与所述PWM组合逻辑模块电连接，作为所述与非门的输入，所述A相开关状态输出模块用于输出预设的开关状态信号；
所述B相通路选择模块包括B相选择开关和B相开关状态输出模块；所述C相通路选择模块包括C相选择开关和C相开关状态输出模块，所述B相通路选择模块和所述C相通路选择模块的设置方式与所述A相通路选择模块相同；
所述故障保护组合模块包括或门，所述或门的输入端与所述故障检测模块电连接，输出端与所述A相选择开关的不动端、所述B相选择开关的不动端和所述C相选择开关的不动端分别电连接。
可选地，容错控制模块包括控制环路模块，所述控制环路模块包括PWM信号发生器。
可选地，所述故障检测模块还包括对备用模块进行故障检测。
在故障检测模块检测到备用模块发生电路故障时，产生冗余相故障检测保护信号，其控制过程与A、B、C三相故障检测保护信号一致，在此不再赘述。
可选地，当所述三电平电路正常工作时，所述故障保护组合模块输出低电平，当所述三电平电路非正常工作时，所述故障保护组合模块输出高电平；
所述预设的开关状态信号包括高电平或低电平。
为了进一步缩短保险丝的熔断时间，本发明通过在电路中增加通路选择模块。在故障检测模块和PWM组合逻辑模块之间增加了双掷开关，当三电平电路正常工作时，故障保护组合模块输出低电平，A、B、C三相的双掷开关均置1，此时与未加入通路选择模块之前的状态相同，PWM信号发生器与PWM组合逻辑模块电连接，PWM组合逻辑模块正常接收PWM信号发生器的PWM信号。
当三电平电路发生短路故障时，以A相短路故障为例，故障检测模块对A相输出一个高电平的A相故障检测保护信号，A、B、C三相的双掷开关均置2，此时三个PWM组合逻辑模块分别与A相开关状态输出模块、B相开关状态输出模块和C相开关状态输出模块电连接，三相的预设开关状态模块连接于PWM_A，PWM_B，PWM_C，开关状态输出模块向PWM组合逻辑模块中的与非门输出预设的电平。因故障相驱动封锁，非故障相可以输出预设的电平，设预设的电平为负电平，当开关管
Figure 851286DEST_PATH_IMAGE024
短路，非故障相（B和C相）的开关状态输出模块输出为负电平，A相因短路故障，通过A相对应的开关状态输出模块输出负电平，与A相故障检测保护信号共同作用，最终的A相开关状态输出模块输出为正电平，这样相间压差最大，使非故障相电流可以快速增长，并增长到门槛值
Figure 418534DEST_PATH_IMAGE008
，并通过限流保护模块，使非故障相的电流一直保持在门槛值
Figure 44687DEST_PATH_IMAGE008
以下、故障相电流一直保持为二倍的门槛值
Figure 697386DEST_PATH_IMAGE008
。通过通路选择模块，可以使故障相的电流可以快速上升到最大值，并能一直维持，使保险丝的熔断时间大大减少。
在一实施例中，以开关管
Figure 208133DEST_PATH_IMAGE024
短路故障为例，容错过程包括四个阶段，包括故障检测阶段、非故障相的闭环调节阶段、非故障相限流保护阶段和故障隔离完成阶段。
阶段一为故障检测阶段，若开关管
Figure 364307DEST_PATH_IMAGE024
在第一时刻发生短路故障，当其他器件开通时（如
Figure DEST_PATH_IMAGE025
开通），在本实施例中，T型三电平电力电子器件的中点箝位型桥臂会形成一个短路回路，短路回路中的电流迅速上升，引起器件管压上升，驱动芯片利用器件管压变化来检测短路故障。当故障检测模块检测到短路故障后，A相故障保护信号置高，使对应的A相器件驱动封锁。
阶段二为闭环调节阶段，在开关管
Figure 692520DEST_PATH_IMAGE024
短路故障后，三电平电路输出和母线强行电连接，使A相输出电压异常升高，同时控制器还处于正常闭环调节状态，包括调节A相输出电压恢复正常。当控制器状态趋于饱和，会导致B相和C相电流逐渐反向增加，当B相和C相电流反向增加到电流门槛值
Figure 691569DEST_PATH_IMAGE008
时，触发限流保护模块进行工作。
阶段三为限流保护阶段，当非故障相电流幅值增加到电流门槛值
Figure 130641DEST_PATH_IMAGE008
时，触发B相和C相限流保护模块，直至到第四阶段结束。当非故障相电流幅值大于电流门槛值
Figure 406902DEST_PATH_IMAGE008
时，比较器输出变为低电平，D触发器异步清零，输出变为低电平，这样非故障相驱动封锁。此时电感电流绝对值开始因为封锁而开始下降，当非故障相电流幅值小于电流门槛值
Figure 640437DEST_PATH_IMAGE008
时，比较器输出变为高电平，当时钟CLK信号上升沿来临时，D触发器输出变为高电平。此时驱动恢复正常，电感电流绝对值又开始上升，当增加到电流门槛值
Figure 877514DEST_PATH_IMAGE008
时，重复上述限流保护动作。
阶段四为故障隔离完成阶段，当与故障相电连接的保险丝
Figure 589118DEST_PATH_IMAGE005
熔断后，故障相可以隔离出系统，然后闭合连接开关
Figure 719885DEST_PATH_IMAGE010
，使备用桥臂可以代替故障相，此时备用桥臂与非故障相继续组成三相运行，维持负载。
可选地，在阶段三限流保护阶段，临时提升限流门槛值
Figure 124322DEST_PATH_IMAGE008
，可以进一步增加保险丝流过的电流，从而进一步缩短保险丝熔断时间。
在另一实施例中，当开关管
Figure 973329DEST_PATH_IMAGE024
发生开路故障时，系统需要经过一段时间电路数据变化才能检测出开路故障，当检测出开路故障时，A相PWM（PWM-A）驱动立即被封锁，触发连接开关
Figure 613258DEST_PATH_IMAGE010
闭合，然后通过与短路故障相同的方式将备用桥臂投入运行到三相电路中。
另一方面，如图6所示，本发明实施例提供一种三电平系统控制方法，应用于所述具有容错功能的三电平系统，所述三电平系统控制方法包括：
步骤S100，检测三电平电路的运行数据，所述运行数据包括电流和器件管压。
步骤S200，判断所述运行数据的波动幅度是否超过预设波动阈值。
步骤S300，若所述运行数据的所述波动幅度超过所述预设波动阈值，则判断所述三电平电路发生故障，触发对故障相的故障检测保护信号，使故障相电路驱动封锁。
步骤S400，当非故障相电流幅值大于电流门槛值时，通过限流保护单元的比较器输出低电平，控制D触发器异步清零，输出低电平，使所述非故障相电路驱动封锁，降低所述非故障相电流幅值，其中，T型三电平电力电子器件中形成短路回路，使所述短路回路中的电流升高，所述故障相电路的电流升高至二倍的所述电流门槛值，使所述故障相电路的保险丝熔断。
步骤S500，在故障相保险丝熔断后，闭合与所述故障相电连接的连接开关，备用模块与所述非故障相组成三相电路，维持负载。
可选地，在所述故障相保险丝熔断之前，还包括：
当判断所述三电平电路未发生故障时，控制A相选择开关、B相选择开关和C相选择开关的动端与PWM发生器电连接；
当判断所述三电平电路发生故障时，触发故障组合保护策略，所述故障组合保护策略包括：
控制所述A相选择开关的动端与A相开关状态输出模块电连接，所述B相选择开关与B相开关状态输出模块电连接，所述C相选择开关与C相开关状态输出模块电连接；
控制故障检测模块和故障保护组合模块传递故障检测保护信号，使输入所述故障相电路的电平与输入所述非故障相电路的电平相反，以增加所述故障相电路的电流。
所述三电平系统控制方法相对于现有技术的有益效果与所述具有容错功能的三电平系统基本相同，在此不再赘述。
本发明又一实施例提供的一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的三电平系统控制方法。
现将描述可以作为本发明的服务器或客户端的电子设备，其是可以应用于本发明的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
电子设备包括计算单元，其可以根据存储在只读存储器（ROM）中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器（RAM）中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可存储设备操作所需的各种程序和数据。计算单元、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出（I/O）接口也连接至总线。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。在本申请中，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发明实施例方案的目的。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，也可以是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。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有容错功能的三电平系统，其特征在于，包括三电平电路和容错控制模块；
所述三电平电路包括T型三电平电力电子器件、保险丝组、备用模块、连接开关组和三个输出端，所述保险丝组包括至少三个保险丝，所述连接开关组包括至少三个连接开关，所述三电平电路的每相输出端与至少一个所述保险丝和至少一个所述连接开关串联，所述备用模块所述连接开关连接，当所述T型三电平电力电子器件发生内部故障时，所述备用模块用于通过所述连接开关与所述三电平电路的输出端进行电连接；
所述容错控制模块包括故障检测模块、限流保护模块和PWM组合逻辑模块；
所述故障检测模块包括检测芯片和控制器，所述检测芯片用于检测所述T型三电平电力电子器件的管压变化，所述控制器用于触发对所述T型三电平电力电子器件的故障检测保护信号；
所述限流保护模块包括比较器和D触发器，所述限流保护模块用于通过所述比较器和所述D触发器处理产生限流保护信号，以使非故障相电感电流保持在预设门槛值以下；
所述PWM组合逻辑模块包括逻辑电路，用于将输入的PWM信号、所述限流保护信号和所述故障检测保护信号通过逻辑处理获得对驱动电路的驱动信号，其中，所述驱动电路用于驱动所述三电平电力电子器件。
2.根据权利要求1所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述备用模块包括备用桥臂，所述备用桥臂采用二电平结构，所述备用桥臂包括第一备用开关管和第二备用开关管，所述连接开关组包括三个连接开关；
所述第一备用开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一备用开关管的发射极与每个所述连接开关电连接，所述第二备用开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接；
所述第二备用开关管的集电极与每个所述连接开关电连接，每个所述连接开关与所述三电平电路的每个输出端一一对应电连接，其中，每个所述连接开关的第一侧与所述备用桥臂的两个备用开关管同时电连接，每个所述连接开关的第二侧与所述输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述备用模块包括冗余桥臂，所述冗余桥臂包括第一冗余开关管和第二冗余开关管，所述连接开关组包括第一连接开关、第二连接开关、第三连接开关、第四连接开关、第五连接开关和第六连接开关；
所述第一冗余开关管的集电极与所述T型三电平电力电子器件的第一开关管组的每个集电极电连接，所述第一冗余开关管的发射极分别与所述第一连接开关、所述第三连接开关和所述第五连接开关的第一侧电连接；
所述第二冗余开关管的发射极与所述T型三电平电力电子器件的第四开关管组的每个发射极电连接，所述第二冗余开关管的集电极分别与所述第二连接开关、所述第四连接开关和所述第六连接开关的第一侧电连接；
所述第一连接开关和所述第二连接开关的第二侧与所述三电平电路的A相输出端电连接，所述第三连接开关和所述第四连接开关与所述三电平电路的B相输出端电连接，所述第五连接开关和所述第六连接开关与所述三电平电路的C相输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述PWM组合逻辑模块包括与非门和或非门组成的逻辑电路，其中，将所述PWM信号和所述限流保护信号作为所述与非门的输入，将所述与非门的输出和所述故障检测保护信号作为所述或非门的输入，将所述或非门的输出作为所述驱动信号。
5.根据权利要求1所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述限流保护模块包括A相限流保护模块、B相限流保护模块、C相限流保护模块和备用相限流保护模块，所述备用相限流保护模块用于在所述三电平电路发生故障并触发所述备用模块时，对所述备用模块进行限流保护。
6.根据权利要求4所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述容错控制模块还包括通路选择模块，所述通路选择模块包括A相通路选择模块、B相通路选择模块、C相通路选择模块和故障保护组合模块，其中，所述A相通路选择模块包括A相选择开关和A相开关状态输出模块，所述A相选择开关为双掷开关，所述双掷开关的动端用于与PWM信号发生器或所述A相开关状态输出模块的其中之一电连接，所述双掷开关的不动端与所述PWM组合逻辑模块电连接，作为所述与非门的输入，所述A相开关状态输出模块用于输出预设的开关状态信号；
所述B相通路选择模块包括B相选择开关和B相开关状态输出模块；所述C相通路选择模块包括C相选择开关和C相开关状态输出模块，所述B相通路选择模块和所述C相通路选择模块的设置方式与所述A相通路选择模块相同；
所述故障保护组合模块包括或门，所述或门的输入端与所述故障检测模块电连接，输出端与所述A相选择开关的不动端、所述B相选择开关的不动端和所述C相选择开关的不动端分别电连接。
7.根据权利要求6所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，当所述三电平电路正常工作时，所述故障保护组合模块输出低电平，当所述三电平电路非正常工作时，所述故障保护组合模块输出高电平；
所述预设的开关状态信号包括高电平或低电平。
8.根据权利要求1所述的具有容错功能的三电平系统，其特征在于，所述连接开关为双向晶闸管。
9.一种三电平系统控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的具有容错功能的三电平系统，所述三电平系统控制方法包括：
检测三电平电路的运行数据，所述运行数据包括电流和器件管压；
判断所述运行数据的波动幅度是否超过预设波动阈值；
若所述运行数据的所述波动幅度超过所述预设波动阈值，则判断所述三电平电路发生故障，触发对故障相的故障检测保护信号，使故障相电路驱动封锁；
当非故障相电流幅值大于电流门槛值时，通过限流保护单元的比较器输出低电平，控制D触发器异步清零，输出低电平，使所述非故障相电路驱动封锁，降低所述非故障相电流幅值，其中，T型三电平电力电子器件中形成短路回路，使所述短路回路中的电流升高，所述故障相电路的电流升高至二倍的所述电流门槛值，使所述故障相电路的保险丝熔断；
在故障相保险丝熔断后，闭合与所述故障相电连接的连接开关，备用模块与所述非故障相组成三相电路，维持负载。
10.根据权利要求9所述的三电平系统控制方法，其特征在于，在所述故障相保险丝熔断之前，还包括：
当判断所述三电平电路未发生故障时，控制A相选择开关、B相选择开关和C相选择开关的动端与PWM发生器电连接；
当判断所述三电平电路发生故障时，触发故障组合保护策略，所述故障组合保护策略包括：
控制所述A相选择开关的动端与A相开关状态输出模块电连接，所述B相选择开关与B相开关状态输出模块电连接，所述C相选择开关与C相开关状态输出模块电连接；
控制故障检测模块和故障保护组合模块传递故障检测保护信号，使输入所述故障相电路的电平与输入所述非故障相电路的电平相反，以增加所述故障相电路的电流。
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