CN115347805A - 供电装置及其控制方法、三相供电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种供电装置及其控制方法、三相供电系统及其控制方法。供电装置的控制方法包括：配置N个模块级联连接，其中N为大于等于2的正整数，且每一模块包括双向开关单元和不控整流桥，双向开关单元连接不控整流桥的两个桥臂的中点；控制每一模块工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，其中，在N个模块中，m1个模块是工作于旁路模式，0≤m1≤M1；m2个模块是工作于不控整流模式，0≤m2≤M2；m3个模块是工作于调制模式，并能够实现功率因数校正，0<m3；其中，m1+m2+m3＝N，M1为系统允许旁路的模块个数，M2为系统允许不控整流的模块个数。本发明可降低成本和提高可靠性。

Description

供电装置及其控制方法、三相供电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，特别是涉及一种供电装置及其控制方法、三相供电系统及其控制方法。
背景技术
固态变压器(Solid-state-transformer，SST)，又称电力电子变压器，一般是指直接将中压或高压电网电压通过电力电子电路及高频隔离变压器转换为低压输出的装置，具有体积小、重量轻的显著优势，在配电网、数据中心、充电站等应用场景中具有广泛的应用价值。
固态变压器通常由AC-DC级和DC-DC级组成。从当前应用情况看，在数据中心、充电站等领域，SST通常仅作为单向供电系统应用，即功率只从电网流向负载，而不从负载流向电网。在这种单向应用下，为节省成本，AC-DC级往往采用PFC(功率因数校正)电路。
如图1A所示为一单相PFC型SST，其由N个模块组成，例如包括模块Cell 1～CellN，这些模块Cell 1～Cell N的AC-DC级的输入级联，DC-DC级的输出并联。在单向应用中，AC-DC级一般采用如图1B或图1C或图1D所示的PFC电路。从节省成本来讲，目前业内流行采用图1B所示的Totem-pole PFC电路。为了提高系统的可靠性，一般还会在交流侧增加双向开关，如图1E所示的“双向开关+Totem-pole”方案，当其中一个模块故障时，对应的该模块的双向开关导通，该模块被旁路，其它模块继续稳定运行。
现有的单向PFC型SST的问题在于，为提升系统可靠性，每个模块都需额外安装一个旁路开关，该旁路开关的价格也很昂贵，增加了整个系统的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供电装置及其控制方法、三相供电系统及其控制方法，可以解决现有技术的一或多个缺陷。
为了实现上述目的，依据本发明的一实施例，本发明提供一种供电装置的控制方法，其包括：
配置N个模块级联连接，其中N为大于等于2的正整数，且每一所述模块包括双向开关单元和不控整流桥，所述双向开关单元连接所述不控整流桥的两个桥臂的中点；
控制每一所述模块工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，其中，在所述N个模块中，m1个所述模块是工作于所述旁路模式，0≤m1≤M1；m2个所述模块是工作于所述不控整流模式，0≤m2≤M2；m3个所述模块是工作于所述调制模式，并能够实现功率因数校正，0<m3；其中，m1+m2+m3＝N，M1为系统允许旁路的模块个数，M2为系统允许不控整流的模块个数。
在本发明的一实施例中，工作于所述调制模式的所述模块是采用载波移相调制。
在本发明的一实施例中，工作于所述调制模式的该m3个所述模块之间的载波相位依次相差2π/m3。
在本发明的一实施例中，工作于所述调制模式的所述模块还采用电流闭环和电压前馈控制；其中，前馈电压的计算公式为：
Figure BDA0003062312030000021
Vg为电网电压，ig为电网电流，sign为符号函数，Vdch表示处于不控整流模式的第h个模块的输出电压。
在本发明的一实施例中，在控制每一所述模块时还包括：
在所述N个模块中，对于第k个模块，在其控制周期开始之后，检测该第k个模块自身是否有故障；
如果没有故障，该第k个模块选择进入所述调制模式；
如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述不控整流模式的模块个数小于M2时，该第k个模块选择进入所述不控整流模式，否则系统停机；
如果有故障且故障类型不为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述旁路模式的模块个数小于M1时，该第k个模块选择进入所述旁路模式，否则系统停机。
在本发明的一实施例中，每一所述模块还包括一继电器，与所述双向开关单元并联连接并位于所述模块的交流侧；
其中，在控制每一所述模块时：
对于该第k个模块，如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，闭合所述继电器，使得该第k个模块进入所述旁路模式。
在本发明的一实施例中，所述供电装置是级联应用于一中压电网系统。
在本发明的一实施例中，所述M1由所述中压电网系统的电网电压与单个所述模块的端口承受电压之比决定；所述M2由系统允许的电流畸变程度决定，且所述M2不超过N/2。
在本发明的一实施例中，每一所述模块还包括第一电容，并联连接于所述不控整流桥的直流端；其中，所述双向开关单元包括反向串联连接的两个具有体二极管的IGBT；或者，所述双向开关单元包括并联连接的两个不具有体二极管的IGBT。
在本发明的一实施例中，每一所述模块还包括由第一电容和第二电容串联连接形成的电容支路，所述电容支路与所述不控整流桥并联连接；其中，所述双向开关单元包括串联连接的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT反向串联形成第一开关组件，所述第三IGBT和所述第四IGBT反向串联形成第二开关组件，所述第一开关组件和所述第二开关组件的中点连接所述第一电容和所述第二电容的中点。
在本发明的一实施例中，每一所述模块还包括一直流-直流变换模块，连接于所述不控整流桥的直流端。
为了实现上述目的，本发明另提供一种供电装置，其包括：级联连接的N个模块，其中N为大于等于2的正整数，且每一所述模块包括双向开关单元和不控整流桥，所述双向开关单元连接所述不控整流桥的两个桥臂的中点；其中，每一所述模块能够工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，且工作于所述调制模式的所述模块能够实现功率因数校正。
在本发明的另一实施例中，每一所述模块包含第一端和第二端，所述N个模块的所述第一端级联，所述N个模块的所述第二端各自连接一直流-直流变换模块。
在本发明的另一实施例中，每一所述模块还包括一继电器，与所述双向开关单元并联连接。
在本发明的另一实施例中，所述供电装置是级联于一中压电网系统。
在本发明的另一实施例中，每一所述模块还包括第一电容，并联连接于所述不控整流桥的直流端；其中，所述双向开关单元包括反向串联的两个具有体二极管的IGBT；或者，所述双向开关单元包括并联连接的两个不具有体二极管的IGBT。
在本发明的另一实施例中，每一所述模块还包括由第一电容和第二电容串联连接形成的电容支路，所述电容支路与所述不控整流桥并联连接；其中，所述双向开关单元包括串联连接的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT反向串联形成第一开关组件，所述第三IGBT和所述第四IGBT反向串联形成第二开关组件，所述第一开关组件和所述第二开关组件的中点连接所述第一电容和所述第二电容的中点。
在本发明的另一实施例中，在所述N个模块中，
任一模块如果没有故障，该模块选择进入所述调制模式；
任一模块如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述不控整流模式的模块个数小于M2时，该模块选择进入所述不控整流模式，否则系统停机；
任一模块如果有故障且故障类型不为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述旁路模式的模块个数小于M1时，该模块选择进入所述旁路模式，否则系统停机。
为了实现上述目的，本发明又提供一种三相供电系统，其包括：
三个如上所述的供电装置，与一三相电源的三相通过Y接方式或角接方式连接。
为了实现上述目的，本发明再提供一种三相供电系统的控制方法，其包括：
配置三个如上所述的供电装置，与一三相电源的三相通过Y接方式连接；
当与某一相对应连接的所述供电装置中存在工作于不控整流模式的模块时，在与另外两相对应连接的所述供电装置的交流端口中注入零序电压。
本发明的供电装置通过利用级联连接的N个模块组成级联电路，该级联电路的每个模块为包括双向开关单元和不控整流桥的HPFC电路，并通过控制双向开关单元中的开关，可以实现功率因数校正(PFC)，并可实现复用旁路开关(即双向开关单元中的开关还可具有旁路的作用)，从而可降低成本和提高可靠性。
本发明还提出基于该级联电路的三相供电系统，以及提出适用于该级联电路的故障容错控制方法，当其中某个模块的双向开关单元存在开路故障时，可以通过注入零序电压，使得电流波形良好，提升系统的容错运行能力。
本发明通过将该级联电路应用于中压电网系统，且该双向开关单元中的开关还具有旁路的作用，具有较大的优势。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1A为现有供电系统的单向PFC型SST的结构示意图；
图1B～1D分别为图1A中AC-DC级采用的PFC电路的结构示意图；
图1E为图1A中AC-DC级采用的“双向开关+Totem-pole”方案的PFC电路的结构示意图；
图2为本发明第一较佳实施例的供电装置的电路结构示意图；
图3为本发明的供电装置的控制方法的流程示意图；
图4为本发明处于调制模式的模块的电流闭环和电压前馈控制的示意图；
图5为本发明的供电装置的模块容错处理流程示意图；
图6为本发明第二较佳实施例的供电装置的电路结构示意图，其中每个模块还包括直流-直流变换模块；
图7为基于本发明的第二较佳实施例的供电装置的各模块从调制模式到旁路模式的仿真波形示意图；
图8为基于本发明的第二较佳实施例的供电装置的各模块从调制模式到不控整流模式的仿真波形示意图；
图9为本发明第三较佳实施例的供电装置的电路结构示意图，其中每个模块还具有继电器；
图10为本发明第四较佳实施例的供电装置的电路结构示意图，其中每个模块中的双向开关单元包括串联连接的四个IGBT；
图11为基于本发明的供电装置的三相供电系统的结构示意图；
图12为本发明的三相供电系统中，当某一相供电装置中存在工作于不控整流模式的模块时，可以在另外两相的供电装置的交流端口中注入零序电压实现电流PFC控制功能的示意图；
图13为基于本发明的三相供电系统的仿真效果示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
如图2所示，其示出了本发明第一较佳实施例的供电装置100的电路结构。所述供电装置100例如可级联应用于一中压电网系统，但本发明不以此为限。在图2所示的实施例中，所述供电装置100可包括级联连接的N个模块10，例如图中示出的模块Cell 1、Cell2、……、Cell N，其中N为大于等于2的正整数。每一所述模块10可包含有第一端101和第二端102，所述N个模块10的所述第一端101级联并可进一步连接至一电源20，所述电源20例如可为但不局限于一交流电网，其可具有电压Vg。所述N个模块10的所述第二端102例如可为直流输出端并可各自连接一直流负载，各直流输出端可分别具有电压Vdc1、Vdc2、……、VdcN。
下面以模块Cell 1为例详细说明本发明中各模块的具体电路。在本发明中，每一所述模块10为HPFC电路并包括有双向开关单元11和不控整流桥12，且所述双向开关单元11是连接所述不控整流桥12的两个桥臂121、122的中点N1、N2。在本实施例中，所述双向开关单元11例如可为包括反向串联的两个具有体二极管的IGBT，即包括开关Q1和Q2。但是，可以理解的是，在其它实施例中，所述双向开关单元11也可为包括并联连接的两个不具有体二极管的IGBT，这些并不作为对本发明的限制。在其它实施例中，每一所述模块10还可包括第一电容13，其可并联连接于所述不控整流桥12的直流端。模块Cell 2、……、Cell N的电路结构与模块Cell 1相同，在此不再赘述。
在本发明中，由于在不控整流器桥12的两个桥臂121、122的中点N1、N2中间加一个双向开关单元11后的电路形似字母H，且该电路可以实现功率因数校正(Power FactorCorrection，PFC)，故可称之为“HPFC电路”。本发明可通过调节双向开关单元11中的开关(例如图2所示实施例中的开关Q1和Q2)的占空比，可使得该HPFC电路实现功率因数校正(PFC)。
本发明特别的是，每一所述模块10均能够工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一。其中，工作于调制模式的模块10其双向开关单元11和不控整流桥12同时工作，能够实现功率因数校正(PFC)；工作于旁路模式的模块10其双向开关单元11导通旁路不控整流桥12；工作于不控整流模式的模块10其双向开关单元11关断，仅不控整流桥12整流工作。
本发明供电装置中模块采用HPFC电路结构，将旁路功能与PFC功能复用，与现有技术中“双向开关+Totem-pole”等方案相比降低成本；并且不控整流桥无上下直通问题，提高系统可靠性；同时不控整流模式的引入，增强系统的容错控制能力。
进一步的，结合图2，如图3所示，其示出了本发明的供电装置的控制方法300，其主要包括：
步骤S31、配置N个模块10级联连接，其中N为大于等于2的正整数，且每一所述模块10包括双向开关单元11和不控整流桥12，所述双向开关单元11连接所述不控整流桥12的两个桥臂121、122的中点N1、N2。
步骤S32、控制每一所述模块10工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，其中，在所述N个模块10中，m1个所述模块是工作于所述旁路模式，0≤m1≤M1；m2个所述模块是工作于所述不控整流模式，0≤m2≤M2；m3个所述模块是工作于所述调制模式，并能够实现功率因数校正，0<m3；其中，m1+m2+m3＝N，M1为系统允许旁路的模块个数，M2为系统允许不控整流的模块个数。
在图2所示的实施例中，所述M1例如可由中压电网系统的电网电压与单个模块的端口承受电压之比决定。例如，当总电网电压为10kV时，假设每个模块的额定电压为1kV，系统共有N＝12个模块级联，则允许旁路的数目为M1＝2。所述M2例如可由系统允许的电流畸变程度决定，且所述M2不超过N/2。
本发明通过控制双向开关单元11中的开关，可以实现功率因数校正(PFC)，并可实现复用旁路开关(即双向开关单元11中的开关还可具有旁路的作用)，旁路功能与PFC功能复用，与现有技术的“双向开关+Totem-pole”(如图1E所示)等方案相比，可降低成本和提高可靠性。
在本发明中，进一步地，工作于调制模式的模块还可通过电流闭环和电压前馈控制来消除不控整流模式的模块的端口电压的影响，实现PFC功能。例如，可采用如图4所示的电流闭环和电压前馈控制。图中，Idref为d轴电流参考，反映有功功率，可根据需要设定；cosθA为电网电压角度的余弦函数，Igref为交流电流参考，与电网电压同步；Ig为电网电流反馈，P为电流比例控制器，Vbkref为第k个处于调制模式的模块的调制电压参考值，Vff为电压前馈。其中，前馈电压Vff的计算公式为：
Figure BDA0003062312030000081
其中，Vg为电网电压；ig为电网电流；sign为符号函数，即当ig>0时，sign(ig)＝1，当ig<0时，sign(ig)＝-1，当ig＝0时，sign(ig)＝0；Vdch表示处于不控整流模式的第h个模块的输出电压。式中，下标h表示第h个模块处于不控整流模式，共有m2个模块处于不控整流模式，式中分子为电网电压减去m2个处于不控整流模式的模块的端口总电压，分母N-m1-m2表示处于调制模式的模块个数，即m3，含义是处于调制模式的模块平均分配分子对应的总电压。
进一步地，所有工作于调制模式的模块可采用载波移相调制。具体的，可通过调制电压参考值Vbkref与载波比较，产生双向开关的驱动信号。并且，对于(N-m1-m2)个工作于调制模式的模块，模块之间的载波相位可依次相差2π/(N-m1-m2)。换言之，对于工作于调制模式的m3个模块之间的载波相位可依次相差2π/m3。
进一步地，本发明还提供一种基于级联的HPFC电路的供电装置的容错控制方法。如图5所示，其示出了第k个模块的控制周期里面的容错控制处理流程。在N个模块中，对于第k个模块，在其控制周期开始后，检测该第k个模块自身是否有故障，比如DC_Link过压、模块过温等故障，如果没有故障，该第k个模块选择进入调制模式。如果有故障，则根据故障情况分类处理：如果是双向开关单元开路故障，则需要判断此时系统中处于不控整流模式的模块数量，当所述N个模块中已经处于不控整流模式的模块个数m2<M2时，该第k个模块可选择进入不控整流模块，并且处于不控整流模式的模块个数增加1(即m2+1)，否则系统停机。如果不是双向开关单元开路故障，则需要判读此时系统中处于旁路模式的模块数量，当所述N个模块中已经处于旁路模式的模块数m1<M1时，该第k个模块可选择进入旁路模式，并且处于旁路模式的模块个数增加1(即m1+1)，否则系统应停机。
如图6所示，其示出了本发明第二较佳实施例的供电装置100-1的电路结构，其例如可形成一单相SST。在此实施例中，所述供电装置100-1中每一模块10还可包括一DC-DC变换模块14，其是连接于不控整流桥12的直流端，且各DC-DC变换模块14的输出并联形成总的端口电压Vo输出。
对于此实施例，当模块10中双向开关单元11本身开路故障时，该模块10的前级AC-DC(例如不控整流桥12)处于不控整流模式，可通过后级DC-DC(例如DC-DC变换模块14)进行DC-Link均压控制。图7和图8为基于本发明的单相SST实施例仿真波形仿真条件：单相SST包括4个模块级联，即包含模块Cell 1～Cell 4，其中仿真设置第4个模块Cell 4故障旁路；电网电压的峰值为4500V；Vdc＝1580V；Vo＝980V；DC-DC变换模块14为LLC变换器，其变压器变比n:1＝3:2；第一电容13的容值Cdc＝100μF；输出电容的容值Co＝500μF；AC-DC(即HPFC电路)的开关频率为5kHZ，4个模块的载波互错90度，LLC变换器的谐振频率为100kHz，固定开关频率控制；LLC变换器的输出接20Ω电阻负载。
图7为基于本发明的第二较佳实施例从调制模式到旁路模式的仿真波形。从波形可看出，100ms左右，模块Cell 4例如因为故障进入旁路模式，因为退出运行模块Cell 4的DC-Link电压下降，而其它模块(Cell 1～Cell 3)的DC-link电压基本能够均压稳定运行。其它电流、电压波形基本正常。说明采用本发明的结构和方法从正常的调制模式切换到旁路模式的可行性。
图8为基于本发明的第二较佳实施例从调制模式到不控整流模式的仿真波形。从波形可看出，100ms左右，模块Cell4例如由于双向开关开路故障进入不控整流模式，由于不控整流模式的模块Cell 4停止PWM调制，所以桥臂电压从高频PWM波变成低频方波。而所有模块(Cell 1～Cell 4)的DC-Link电压基本能均压稳定运行。其它电流、电压波形也基本正常。说明采用本发明的结构和方法从正常的调制模式切换到不控整流模式的可行性。
如图9所示，其示出了本发明第三较佳实施例的供电装置100-2的电路结构。在此实施例中，在每个模块10的交流侧进一步设置有一继电器(Relay)15，当双向开关单元11的开关(例如IGBT)存在开路故障时，可选择由继电器15闭合，使对应模块进入旁路模式。选择使用继电器旁路比选择使用双向开关单元中的IGBT旁路具有更低的损耗。因此，本发明在控制每一模块时，对于第k个模块，如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，较佳地可闭合继电器，使得该第k个模块进入旁路模式。
如图10所示，其示出了本发明第四较佳实施例的供电装置100-3的电路结构。在此实施例中，每一模块10还包括由第一电容131和第二电容132串联连接形成的电容支路13’，所述电容支路13’并联连接于不控整流桥12的直流端，其中所述第一电容131两端具有电压Vdclp，所述第二电容132两端具有电压Vdcln。并且，每一模块10中的双向开关单元11可包括串联连接的第一IGBT 11-11、第二IGBT 11-12、第三IGBT 11-21和第四IGBT 11-22，其中所述第一IGBT 11-11和所述第二IGBT 11-12反向串联形成第一开关组件11-1，所述第三IGBT11-21和所述第四IGBT 11-22反向串联形成第二开关组件11-2，所述第一开关组件11-1和所述第二开关组件11-2的中点N3连接所述第一电容131和所述第二电容132的中点N4。如此，可以用两个IGBT串联替代图2所示的实施例中的一个IGBT，从而可形成如图10所示的三电平HPFC实施例，此实施例可以降低单个IGBT的耐压需求。
如图11所示，其示出了基于本发明的供电装置的三相供电系统200的结构。所述三相供电系统200包括有三个供电装置100A、100B和100C，其可与一三相电源30的三相通过Y接方式或角接方式连接。在图11所示的实施例中，所述三个供电装置100A、100B和100C的电路结构例如可为图6所示的电路结构，并且所述三个供电装置100A、100B和100C与所述三相电源30的三相(VgA、VgB、VgC)是通过Y接方式连接形成三相SST。可以理解的是，在其它实施例中，所述三个供电装置100A、100B和100C的电路结构也可以为例如图2、图9或图10所示的结构，或者为其它根据本发明变形得到的电路结构，这些并不作为对本发明的限制。
在本发明中，对于Y接或角接的三相供电系统，每相的容错控制逻辑与单相SST相同，在此不再赘述。
在本发明中，对于Y接的三相供电系统，当某个模块处于不控整流模式运行时，可以利用零序电压注入法实现电流PFC控制功能。更具体地说，当某一相的供电装置中存在工作于不控整流模式的模块时，可在另外两相的供电装置的交流端口中注入零序电压。注入零序电压的示意图如图12所示，假设A相中有一个模块处于不控整流模式，则该相调制波电压在过零附近不能无限接近于零，为保证电流不畸变，需在另外两相中注入相同的电压，即零序电压，使得线电压中不含有谐波。
基于本发明如图11所示的三相SST实施例的仿真效果如图13所示。在此实施例中，仿真条件为：3相SST，每相4个模块，其中C相的第4个模块的双向开关单元在第15ms处发生开路故障之后进入不控整流模式；第15ms到20ms之间，属于检测故障和实现模式切换的过渡过程，此时载波移相角度和控制策略不能及时切换因此含有一小段电流畸变的波形；之后，按本发明提供的计入不控整流端口电压影响并注入零序电压的电流闭环控制之后，电流波形恢复正常。本仿真效果说明在桥臂电压中注入零序电压可以使得电路波形THD变好，允许模块不控整流运行。
总之，本发明提出的基于级联的HPFC电路的供电装置和供电系统，该HPFC电路可由双向开关单元和不控整流桥组成，其中双向开关单元中的开关可实现旁路功能与PFC功能的复用，与现有的“双向开关+Totem-pole”等方案相比，可降低成本。本发明的不控整流桥无上下直通问题，可提高可靠性。
本发明还提出了适用于该级联的HPFC电路的故障容错控制方法以及提出基于该级联的HPFC电路的三相SST，当其中某个模块的双向开关单元开路故障时，可以选择进入不控整流模式或旁路模式。不控整流模式的引入，可以增强系统的容错控制能力。
对于Y接的三相供电系统，当某个模块处于不控整流模式运行时，本发明还可以利用零序电压注入法实现电流PFC控制功能，使得电流波形良好，从而进一步提升系统的容错运行能力，使本发明更具优势。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (20)

1.一种供电装置的控制方法，其特征在于，包括：
配置N个模块级联连接，其中N为大于等于2的正整数，且每一所述模块包括双向开关单元和不控整流桥，所述双向开关单元连接所述不控整流桥的两个桥臂的中点；
控制每一所述模块工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，其中，在所述N个模块中，m1个所述模块是工作于所述旁路模式，0≤m1≤M1；m2个所述模块是工作于所述不控整流模式，0≤m2≤M2；m3个所述模块是工作于所述调制模式，并能够实现功率因数校正，0<m3；其中，m1+m2+m3＝N，M1为系统允许旁路的模块个数，M2为系统允许不控整流的模块个数。
2.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，工作于所述调制模式的所述模块是采用载波移相调制。
3.根据权利要求2所述的供电装置的控制方法，其特征在于，工作于所述调制模式的该m3个所述模块之间的载波相位依次相差2π/m3。
4.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，工作于所述调制模式的所述模块还采用电流闭环和电压前馈控制；其中，前馈电压的计算公式为：
Figure FDA0003062312020000011
Vg为电网电压，ig为电网电流，sign为符号函数，Vdch表示处于不控整流模式的第h个模块的输出电压。
5.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，在控制每一所述模块时还包括：
在所述N个模块中，对于第k个模块，在其控制周期开始之后，检测该第k个模块自身是否有故障；
如果没有故障，该第k个模块选择进入所述调制模式；
如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述不控整流模式的模块个数小于M2时，该第k个模块选择进入所述不控整流模式，否则系统停机；
如果有故障且故障类型不为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述旁路模式的模块个数小于M1时，该第k个模块选择进入所述旁路模式，否则系统停机。
6.根据权利要求5所述的供电装置的控制方法，其特征在于，
每一所述模块还包括一继电器，与所述双向开关单元并联连接并位于所述模块的交流侧；
其中，在控制每一所述模块时：
对于该第k个模块，如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，闭合所述继电器，使得该第k个模块进入所述旁路模式。
7.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，所述供电装置是级联应用于一中压电网系统。
8.根据权利要求7所述的供电装置的控制方法，其特征在于，所述M1由所述中压电网系统的电网电压与单个所述模块的端口承受电压之比决定；所述M2由系统允许的电流畸变程度决定，且所述M2不超过N/2。
9.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，
每一所述模块还包括第一电容，并联连接于所述不控整流桥的直流端；
其中，所述双向开关单元包括反向串联连接的两个具有体二极管的IGBT；或者，所述双向开关单元包括并联连接的两个不具有体二极管的IGBT。
10.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，
每一所述模块还包括由第一电容和第二电容串联连接形成的电容支路，所述电容支路与所述不控整流桥并联连接；
其中，所述双向开关单元包括串联连接的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT反向串联形成第一开关组件，所述第三IGBT和所述第四IGBT反向串联形成第二开关组件，所述第一开关组件和所述第二开关组件的中点连接所述第一电容和所述第二电容的中点。
11.根据权利要求1所述的供电装置的控制方法，其特征在于，每一所述模块还包括一直流-直流变换模块，连接于所述不控整流桥的直流端。
12.一种供电装置，其特征在于，包括：
级联连接的N个模块，其中N为大于等于2的正整数，且每一所述模块包括双向开关单元和不控整流桥，所述双向开关单元连接所述不控整流桥的两个桥臂的中点；
其中，每一所述模块能够工作于调制模式、旁路模式、以及不控整流模式三种工作模式之一，且工作于所述调制模式的所述模块能够实现功率因数校正。
13.根据权利要求12所述的供电装置，其特征在于，每一所述模块包含第一端和第二端，所述N个模块的所述第一端级联，所述N个模块的所述第二端各自连接一直流-直流变换模块。
14.根据权利要求12或13所述的供电装置，其特征在于，每一所述模块还包括一继电器，与所述双向开关单元并联连接。
15.根据权利要求12所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置是级联于一中压电网系统。
16.根据权利要求12所述的供电装置，其特征在于，
每一所述模块还包括第一电容，并联连接于所述不控整流桥的直流端；
其中，所述双向开关单元包括反向串联的两个具有体二极管的IGBT；或者，所述双向开关单元包括并联连接的两个不具有体二极管的IGBT。
17.根据权利要求12所述的供电装置，其特征在于，
每一所述模块还包括由第一电容和第二电容串联连接形成的电容支路，所述电容支路与所述不控整流桥并联连接；
其中，所述双向开关单元包括串联连接的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT反向串联形成第一开关组件，所述第三IGBT和所述第四IGBT反向串联形成第二开关组件，所述第一开关组件和所述第二开关组件的中点连接所述第一电容和所述第二电容的中点。
18.根据权利要求12所述的供电装置，其特征在于，在所述N个模块中，
任一模块如果没有故障，该模块选择进入所述调制模式；
任一模块如果有故障且故障类型为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述不控整流模式的模块个数小于M2时，该模块选择进入所述不控整流模式，否则系统停机；
任一模块如果有故障且故障类型不为双向开关单元开路故障，且当所述N个模块中已经处于所述旁路模式的模块个数小于M1时，该模块选择进入所述旁路模式，否则系统停机。
19.一种三相供电系统，其特征在于，包括：
三个如权利要求12～18任一项所述的供电装置，与一三相电源的三相通过Y接方式或角接方式连接。
20.一种三相供电系统的控制方法，其特征在于，包括：
配置三个如权利要求12～18任一项所述的供电装置，与一三相电源的三相通过Y接方式连接；
当与某一相对应连接的所述供电装置中存在工作于不控整流模式的模块时，在与另外两相对应连接的所述供电装置的交流端口中注入零序电压。
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