本發(fā)明屬于高電壓大功率級(jí)聯(lián)式電力電子變換器在電能變換中的應(yīng)用技術(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及三相電力電子級(jí)聯(lián)式變換器兩端故障隔離、容錯(cuò)運(yùn)行以提高供電可靠性的技術(shù)。

背景技術(shù)：

近年來，無工頻變壓器級(jí)聯(lián)式多電平功率變換器以其高效率、智能化、低污染等優(yōu)點(diǎn)越來越引人關(guān)注，在高電壓大功率變頻調(diào)速、高壓直流(HVDC)輸電等領(lǐng)域已得到越來越多的成功應(yīng)用。目前無工頻變壓器多電平功率變換器從能量流向來看可分為：能量雙向流動(dòng)的電力電子變壓器，和能量單向流動(dòng)的變頻器；從連接方式看主要分為級(jí)聯(lián)輸入-級(jí)聯(lián)輸出，級(jí)聯(lián)輸入-并聯(lián)輸出。

就級(jí)聯(lián)輸入-級(jí)聯(lián)輸出的無工頻變壓器多電平功率變換器來說，變換器每一相都采用多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)，每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)一般分為三級(jí)：AC-DC整流模塊級(jí)，DC-DC變換模塊級(jí)和DC-AC逆變模塊級(jí)。其中AC-DC整流模塊可以采用飛跨電容式、二極管鉗位式、二極管H橋式、全控H橋式、無橋式或MMC式，中間DC-DC級(jí)可采用全控H橋+高頻變壓器+全控H橋或二極管H橋式，DC-AC逆變級(jí)可采用全控H橋式或MMC式。

現(xiàn)有研究都是針對(duì)無工頻變壓器多電平功率變換器拓?fù)涞母倪M(jìn)和變換器輸入輸出側(cè)正常三相運(yùn)行時(shí)的控制策略研究。無工頻變壓器多電平功率變換器使用了大量的模塊進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因此輸入-輸出端連接方法的自由度很高。在配電系統(tǒng)中，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或負(fù)載出現(xiàn)常見四種短路故障時(shí)，如何通過變換器接線方式和控制方式的改進(jìn)，使系統(tǒng)能夠保持給非故障相正常供電，實(shí)現(xiàn)非故障端的正常平衡穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)變換器兩端故障隔離，容錯(cuò)運(yùn)行，從而提高供電可靠性的方法還并未見有人提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有研究的盲點(diǎn)，為提高供電可靠性，提出了級(jí)聯(lián)輸入-級(jí)聯(lián)輸出的無工頻變壓器多電平功率變換器(以下簡(jiǎn)稱變換器)在傳統(tǒng)雙星型接線方式下，輸出端負(fù)載發(fā)生單相接地短路故障并被切除后變換器的運(yùn)行方案。此運(yùn)行方案實(shí)現(xiàn)了輸出端負(fù)載發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，變換器可依靠控制策略的調(diào)整，繼續(xù)維持變換器輸入端三相輸入的平衡運(yùn)行，使變換器輸入端在保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的狀態(tài)下，繼續(xù)給變換器輸出端側(cè)非故障相負(fù)載進(jìn)行供電。實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，提升了供電可靠性。

本發(fā)明的目的還在于，針對(duì)現(xiàn)有研究的盲點(diǎn)，提供了一種新的變換器雙星型接線方式，并提出了輸出端負(fù)載發(fā)生四種常見短路故障且故障相切除后的變換器運(yùn)行方案，此新型接線方式和運(yùn)行方案相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)變換器輸出端負(fù)載發(fā)生常見的四種短路故障時(shí)，通過電力電子變換器控制策略調(diào)整，使變換器在維持輸入端三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的狀態(tài)下，繼續(xù)給變換器輸出端非故障相負(fù)載進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行和故障隔離，提升了供電可靠性；本發(fā)明還提出了此新型接線方式下當(dāng)變換器輸入端發(fā)生單相或兩相缺相供電時(shí)的運(yùn)行方案，可以通過控制策略的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)變換器輸入端缺相供電時(shí)輸出端能繼續(xù)維持三相對(duì)稱運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了供電側(cè)和負(fù)載側(cè)的故障隔離，提高了供電可靠性，減小了可能的經(jīng)濟(jì)損失。

為了對(duì)上述發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行更好的說明，本發(fā)明對(duì)上述發(fā)明所涉及部分硬件單元進(jìn)行定義：

變換器每一相都使用多個(gè)AC-DC+DC-DC+DC-AC基本模塊(以下簡(jiǎn)稱基本模塊)級(jí)聯(lián)?；灸K中AC-DC整流模塊可以采用飛跨電容式、二極管鉗位式、二極管H橋式、全控H橋式、無橋式或MMC式，中間DC-DC級(jí)可采用全控H橋+高頻變壓器+全控H橋或二極管H橋式，DC-AC逆變級(jí)可采用全控H橋式或MMC式，本發(fā)明列舉最常見的電力電子變壓器基本模塊進(jìn)行說明，基本模塊中AC-DC整流模塊采用全控H橋式，將全控H橋前橋臂上、下半橋臂開關(guān)管和后橋臂上、下半橋臂開關(guān)管依次命名為S1，S3，S2，S4，中間DC-DC級(jí)可采用全控H橋+高頻變壓器+全控H橋式，DC-AC逆變級(jí)采用全控H橋式，將全控H橋前橋臂上、下半橋臂開關(guān)管和后橋臂上、下半橋臂開關(guān)管依次命名為S5，S7，S6，S8。本發(fā)明下文將以此基本模塊進(jìn)行說明和分析，但此僅僅是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。

定義基本模塊名為N_k(k＝1,2,3...)，基本模塊N_k有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，連接AC-DC級(jí)H橋前橋臂的輸入端定義為N_kin1，連接AC-DC級(jí)H橋后橋臂的輸入端定義為N_kin2，連接DC-AC級(jí)H橋前橋臂的輸出端定義為N_kout1，連接DC-AC級(jí)H橋后橋臂的輸出端定義為N_kout2。將k個(gè)基本模塊的N_(k-1)in2與N_kin1相連，N_(k-1)out2與N_kout1相連，就形成了由k個(gè)基本模塊級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)單元模塊，定義級(jí)聯(lián)單元模塊為M_j(j＝1,2,3...)，級(jí)聯(lián)模塊M_j有兩個(gè)未連接輸入端N_1in1，N_kin2，兩個(gè)未連接輸出端N_1out1，N_kout2，分別定義為級(jí)聯(lián)模塊輸入端M_jin1，M_jin2，級(jí)聯(lián)模塊輸出端M_jout1，M_jout2。

定義基本模塊及級(jí)聯(lián)模塊工作狀態(tài)：當(dāng)基本模塊N_k中AC-DC級(jí)全控H橋開關(guān)管S1和S2，或S3和S4在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)均保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸入端電流不流過直流電容，輸入電流從N_kin1流入后直接從N_kin2流出，等同于輸入端N_kin1和N_kin2直接短接，將此狀態(tài)定義為輸入端隔離模式；當(dāng)開關(guān)管S1和S4，或S2和S3在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸入端電流流過直流電容，將此狀態(tài)定義為輸入端恒通模式；將AC-DC級(jí)全控H橋正常處于PWM調(diào)制控制狀態(tài)定義為輸入端正常工作模式。當(dāng)基本模塊中DC-AC級(jí)全控H橋開關(guān)管S5和S6，或S7和S8在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)均保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸出端電流不流過直流電容，輸出電流從N_kout1流入后直接從N_kout2流出，等同于輸出端N_kout1和N_kout2直接短接，將此狀態(tài)定義為輸出端隔離模式；當(dāng)開關(guān)管S5和S8，或S6和S7在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸出端電流流過直流電容，將此狀態(tài)定義為輸出端恒通模式；將DC-AC級(jí)全控H橋正常處于PWM調(diào)制控制狀態(tài)定義為輸出端正常工作模式。當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于隔離模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于隔離模式，當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于恒通模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于恒通模式，當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于正常工作模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于正常工作模式。

當(dāng)變換器在傳統(tǒng)雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸出端發(fā)生負(fù)載單相短路并切除故障相后，輸入端依然保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的目的：

傳統(tǒng)變換器雙星型接法是將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃的輸入端M_1in2，M_2in2，M_3in2相連，輸入端M_1in1，M_2in1，M_3in1分別與輸入電感相聯(lián)接后作為輸入端的A、B、C三相進(jìn)線，將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃的輸出端M_1out2，M_2out2，M_3out2相連，輸入端M_1out1，M_2out1，M_3out1作為輸出端的a、b、c三相出線。

傳統(tǒng)接線模式下，當(dāng)變換器輸出端發(fā)生了負(fù)載單相接地故障并切除故障后，以輸出端a相發(fā)生負(fù)載接地短路故障為例，通過變換器控制策略的控制，將負(fù)載側(cè)故障相a相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁的k個(gè)基本模塊AC-DC級(jí)全部置于輸入端隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí))狀態(tài)隨意，使基本模塊AC-DC級(jí)將后端短路，不給本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端a、b相級(jí)聯(lián)模塊工作在正常模式，此時(shí)由于輸入端依然是A、B、C三相供電，A相級(jí)聯(lián)模塊的AC-DC級(jí)全部置于恒定隔離模式，A相輸入端電流直接流入中心點(diǎn)，因此A相輸入端電流不可直接控制，但B、C兩相輸入端電流依然可控，因此可控制B、C兩相輸入端單位功率因數(shù)運(yùn)行，由于三相電流和為零，因此輸入側(cè)A相輸入端也可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了輸入端保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行，輸出端維持對(duì)非故障相負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)上述所提出的變換器的新型雙星型接法：

本發(fā)明提出的新型接法要求供電側(cè)A、B、C每一相使用3組級(jí)聯(lián)模塊，每組級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)可有k個(gè)基本模塊級(jí)聯(lián)，因此共有9組級(jí)聯(lián)模塊，9k個(gè)基本模塊，9組級(jí)聯(lián)模塊記為M₁，M₂，M₃，M₄，M₅，M₆，M₇，M₈，M₉。新型三相變換器的雙星型接法的輸入端接法是將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃的輸入端M_1in2和M_2in1相連，M_2in2和M_3in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₄，M₅，M₆的輸入端M_4in2和M_5in1相連，M_5in2和M_6in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₇，M₈，M₉的輸入端M_7in2和M_8in1相連，M_8in2和M_9in1相連；再將輸入端M_3in2，M_6in2，M_9in2相連；剩下的輸入端M_1in1，M_4in1，M_7in1分別與輸入電感相聯(lián)接后作為輸入端A、B、C相的進(jìn)線。輸出端接法是將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇的輸出端M_1in2和M_4in1相連，M_4in2和M_7in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₂，M₅，M₈的輸出端M_2in2和M_5in1相連，M_5in2和M_8in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₃，M₆，M₉的輸出端M_3in2和M_6in1相連，M_6in2和M_9in1相連；M_7in2，M_8in2，M_9in2相連；剩下的輸入端M_1in1，M_2in1，M_3in1分別與輸出電感聯(lián)接后作為輸出端a、b、c相的出線。

當(dāng)上述變換器在新型雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸出端發(fā)生負(fù)載單相短路并切除故障相后，輸入端依然保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的目的：

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了單相負(fù)載接地故障且故障切除后，以輸出端a相發(fā)生負(fù)載接地短路故障為例進(jìn)行說明，通過變換器控制策略的控制，將輸出端故障相a相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC級(jí)和DA-AC級(jí))工作狀態(tài)隨意，使這些基本模塊中AC-DC級(jí)將后端短路，不給本基本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端b，c兩相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常工作模式，此時(shí)對(duì)于輸入端而言A相的級(jí)聯(lián)模塊M₁，B相的級(jí)聯(lián)模塊M₂和C相的級(jí)聯(lián)模塊M₃中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，即A、B、C三相都只是相當(dāng)于少了一組級(jí)聯(lián)模塊，系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)三相輸入端單位功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了輸入端輸入電流依然保持三相平衡、對(duì)稱輸入，輸出端對(duì)非故障相負(fù)載的供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

當(dāng)上述變換器在新型雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸出端發(fā)生兩相負(fù)載接地故障或兩相負(fù)載相間短路故障并切除故障相后，輸入端依然保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的目的：

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了兩相負(fù)載接地故障或兩相負(fù)載相間短路故障并切除故障相后且輸出端中心點(diǎn)接地或接零時(shí)。以輸出端a、b兩相發(fā)生輸出端負(fù)載接地短路故障或負(fù)載相間短路故障為例進(jìn)行說明：通過變換器控制策略的控制，將輸出端故障相a相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇和b相所連級(jí)聯(lián)模塊M₂，M₅，M₈中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC和DC-AC級(jí))工作狀態(tài)隨意，使基本模塊AC-DC級(jí)將后端短路，不給本基本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端c相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常工作模式，此時(shí)對(duì)于供電側(cè)而言A相的級(jí)聯(lián)模塊M₁、M₂，B相的級(jí)聯(lián)模塊M₄、M₅和C相的級(jí)聯(lián)模塊相M₇、M₈中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置輸入隔離路模式，即A、B、C三相都只是相當(dāng)于少了兩組級(jí)聯(lián)模塊，系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)三相輸入端單位功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了輸入端輸入電流依然保持三相平衡、對(duì)稱輸入，輸出端對(duì)非故障負(fù)載相的供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

當(dāng)上述變換器在新型雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸出端發(fā)生三相負(fù)載單相短路并切除故障或停止給三相負(fù)載供電后，輸入端依然保持三相單位功率因數(shù)運(yùn)行的目的：

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了三相負(fù)載接地短路故障時(shí)或停止給三相負(fù)載供電時(shí)，通過變換器控制策略的控制，將三個(gè)故障相所連級(jí)聯(lián)模塊的DC-DC級(jí)或DC-AC級(jí)全部置于隔離模式，使此模塊在DC-DC級(jí)或DC-AC級(jí)與負(fù)載斷開，此時(shí)不再給負(fù)載提供能量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障相的故障切除。此時(shí)系統(tǒng)變成了三相級(jí)聯(lián)無功補(bǔ)償器。

當(dāng)上述變換器在新型雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸入端發(fā)生單相缺相供電時(shí)，輸出端依然保持三相供電的目的：

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸入端電網(wǎng)發(fā)生單相缺相供電時(shí)，以輸入端A相缺相供電為例說明，通過變換器控制策略的控制，此時(shí)將輸入端A相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，其它兩級(jí)(AC-DC級(jí)和DC-DC級(jí))工作模式隨意，此時(shí)級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃不再給輸出端負(fù)載供電，輸入端B、C兩相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常模式，此時(shí)對(duì)于輸出端而言a相的級(jí)聯(lián)模塊M₁，b相的級(jí)聯(lián)模塊M₂和c相的級(jí)聯(lián)模塊M₃中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，即輸出端a、b、c三相都只是相當(dāng)于少了一組級(jí)聯(lián)模塊，依然能實(shí)現(xiàn)三相輸出端電流三相平衡、對(duì)稱輸出，從而實(shí)現(xiàn)了故障隔離，消除了電源側(cè)對(duì)負(fù)載側(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)缺相供電時(shí)，輸出端依然能三相平衡供電，提高了供電可靠性，減小了經(jīng)濟(jì)損失。

當(dāng)上述變換器在新型雙星型接線方式下，本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)輸入端發(fā)生兩相缺相供電時(shí)，輸出端依然保持三相供電的目的：

變換器在新型接線模式下且輸入端中心點(diǎn)接地或接零時(shí)，輸入端電網(wǎng)發(fā)生兩相缺相供電時(shí)，以輸入端A、B相缺相供電為例說明，通過變換器控制策略的控制，此時(shí)將輸入端A相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃和輸入端B相所連級(jí)聯(lián)模塊M₄，M₅，M₆中所有基本模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，其它兩級(jí)(AC-DC級(jí)和DC-DC級(jí))工作模式隨意，此時(shí)級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃，M₄，M₅，M₆不再給輸出負(fù)載供電，C相級(jí)聯(lián)模塊M₇，M₈，M₉工作在正常模式。此時(shí)對(duì)于輸出端而言a相的級(jí)聯(lián)模塊M₁、M₄，b相的級(jí)聯(lián)模塊M₂、M₅和c相的級(jí)聯(lián)模塊相M₃、M₇中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，即輸出端a、b、c三相都只是相當(dāng)于少了兩組級(jí)聯(lián)模塊，依然能實(shí)現(xiàn)三相輸出端輸出電流的三相對(duì)稱、平衡輸出，從而實(shí)現(xiàn)了故障隔離，消除了電源側(cè)對(duì)負(fù)載側(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)缺相供電時(shí)，輸出端依然能三相平衡供電，提高了供電可靠性，減小了經(jīng)濟(jì)損失。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1基本模塊示意圖

圖2級(jí)聯(lián)模塊示意圖

圖3模塊工作原理簡(jiǎn)化示意圖

圖4傳統(tǒng)接線方式示意圖

圖5傳統(tǒng)接線方式下負(fù)載側(cè)發(fā)生單相短路故障時(shí)工作示意圖

圖6新型接線方法示意圖

圖7新型接線方式下負(fù)載側(cè)發(fā)生單相短路故障時(shí)工作示意圖

圖8新型接線方式下負(fù)載側(cè)發(fā)生兩相接地或相間短路故障時(shí)工作示意圖

圖9新型接線方式下負(fù)載側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)工作示意圖

圖10新型接線方式下供電側(cè)發(fā)生單相缺相供電時(shí)工作示意圖

圖11新型接線方式下供電側(cè)發(fā)生兩相缺相供電時(shí)工作示意圖

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

變換器每一相都使用多個(gè)AC-DC+DC-DC+DC-AC基本模塊(以下簡(jiǎn)稱基本模塊)級(jí)聯(lián)?；灸K中AC-DC整流模塊可以采用飛跨電容式、二極管鉗位式、二極管H橋式、全控H橋式、無橋式或MMC式，中間DC-DC級(jí)可采用全控H橋+高頻變壓器+全控H橋或二極管H橋式，DC-AC逆變級(jí)可采用全控H橋式或MMC式，本發(fā)明列舉最常見的電力電子變壓器基本模塊如圖1所示，基本模塊中AC-DC整流模塊采用全控H橋式，將全控H橋前橋臂上、下半橋臂開關(guān)管和后橋臂上、下半橋臂開關(guān)管依次命名為S1，S3，S2，S4，中間DC-DC級(jí)可采用全控H橋+高頻變壓器+全控H橋式，DC-AC逆變級(jí)采用全控H橋式，將全控H橋前橋臂上、下半橋臂開關(guān)管和后橋臂上、下半橋臂開關(guān)管依次命名為S5，S7，S6，S8。本發(fā)明下文將以此基本模塊進(jìn)行說明和分析，但此僅僅是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。

定義基本模塊名為N_k(k＝1,2,3...)，基本模塊N_k有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，連接AC-DC級(jí)H橋前橋臂的輸入端定義為N_kin1，連接AC-DC級(jí)H橋后橋臂的輸入端定義為N_kin2，連接DC-AC級(jí)H橋前橋臂的輸入端定義為N_kout1，連接DC-AC級(jí)H橋后橋臂的輸入端定義為N_kout2。將k個(gè)基本模塊的N_(k-1)in2與N_kin1相連，N_(k-1)out2與N_kout1相連，就形成了K個(gè)基本模塊級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)單元模塊，級(jí)聯(lián)模塊如圖2所示。定義級(jí)聯(lián)單元模塊為M_j(j＝1,2,3...)，級(jí)聯(lián)模塊M_j有兩個(gè)未連接輸入端N_1in1，N_kin2，兩個(gè)未連接輸出端N_1out1，N_kout2，分別定義為級(jí)聯(lián)模塊的輸入端M_jin1，M_jin2，和級(jí)聯(lián)模塊的輸出端M_jout1，M_jout2。

定義基本模塊及級(jí)聯(lián)模塊工作狀態(tài)：當(dāng)基本模塊N_k中AC-DC級(jí)全控H橋開關(guān)管S1和S2，或S3和S4在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)均保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸入端電流不流過直流電容，輸入電流從N_kin1流入后直接從N_kin2流出，等同于輸入端N_kin1和N_kin2直接短接，將此狀態(tài)定義為輸入端隔離模式；當(dāng)開關(guān)管S1和S4，或S2和S3在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸入端電流流過直流電容，將此狀態(tài)定義為輸入端恒通模式；將AC-DC級(jí)全控H橋正常處于PWM調(diào)制控制狀態(tài)定義為輸入端正常工作模式。當(dāng)基本模塊中DC-AC級(jí)全控H橋開關(guān)管S5和S6，或S7和S8在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)均保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸出端電流不流過直流電容，輸出電流從N_kout1流入后直接從N_kout2流出，等同于輸出端N_kout1和N_kout2直接短接，將此狀態(tài)定義為輸出端隔離模式；當(dāng)開關(guān)管S5和S8，或S6和S7在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)保持導(dǎo)通，此時(shí)交流輸出端電流流過直流電容，將此狀態(tài)定義為輸出端恒通模式；將DC-AC級(jí)全控H橋正常處于PWM調(diào)制控制狀態(tài)定義為輸出端正常工作模式。當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于隔離模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于隔離模式，當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于恒通模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于恒通模式，當(dāng)級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)所有基本模塊都處于正常工作模式時(shí)，級(jí)聯(lián)模塊處于正常工作模式。由于基本模塊和級(jí)聯(lián)模塊工作模式相同，因此為方便說明，圖1所示的基本模塊，和圖2所示級(jí)聯(lián)模塊，依據(jù)工作原理都可簡(jiǎn)化為如圖3所示，開關(guān)S連接到端口2時(shí)為隔離模式；開關(guān)S連接到端口1時(shí)此為恒通模式，開關(guān)工作在PWM調(diào)制模式時(shí)為正常工作模式。

輸入級(jí)聯(lián)-輸出級(jí)聯(lián)的三相多電平功率變換器的傳統(tǒng)雙星型接法如圖4所示，將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃的輸入端M_1in2，M_2in2，M_3in2相連，輸入端M_1in1，M_2in1，M_3in1聯(lián)接輸入電感后作為輸入端的A、B、C三相進(jìn)線，將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃的輸出端M_1out2，M_2out2，M_3out2相連，輸出端M_1out1，M_2out1，M_3out1與輸出電感聯(lián)接后作為輸出端的a、b、c三相出線。

傳統(tǒng)接線模式下，當(dāng)變換器輸出端發(fā)生了負(fù)載單相接地故障并切除故障后的運(yùn)行方式如圖5所示，以輸出端a相發(fā)生負(fù)載接地短路故障為例，通過變換器控制策略的控制，將輸出端故障相a相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁的k個(gè)基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入端隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC和DC-AC)狀態(tài)隨意，使基本模塊AC-DC級(jí)將后端短路，不給本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端b、c兩相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常模式，此時(shí)由于輸入端依然是A、B、C三相供電，A相級(jí)聯(lián)模塊的AC-DC級(jí)全部置于恒定隔離模式，A相輸入端電流直接流入中心點(diǎn)，因此A相輸入端電流不可直接控制，但B、C兩相輸入端電流依然可控，因此可控制B、C兩相輸入端單位功率因數(shù)運(yùn)行，由于三相電流和為零，因此輸入側(cè)A 相輸入端也可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了輸入端輸入電流保持三相對(duì)稱、平衡輸入，輸出端對(duì)非故障相負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

本發(fā)明提出的新型接法要求供電側(cè)A、B、C每一相使用3組級(jí)聯(lián)模塊，每組級(jí)聯(lián)模塊內(nèi)可有k個(gè)基本模塊級(jí)聯(lián)，如圖6所示，因此共有9組級(jí)聯(lián)模塊，9k個(gè)基本模塊，9組級(jí)聯(lián)模塊記為M₁，M₂，M₃，M₄，M₅，M₆，M₇，M₈，M₉。新型三相變換器的雙星型接發(fā)的輸入端接法是將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃輸入端M_1in2和M_2in1相連，M_2in2和M_3in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₄，M₅，M₆輸入端M_4in2和M_5in1相連，M_5in2和M_6in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₇，M₈，M₉輸入端M_7in2和M_8in1相連，M_8in2和M_9in1相連；再將輸入端M_3in2，M_6in2，M_9in2相連；剩下的輸入端M_1in1，M_4in1，M_7in1分別與輸入電感聯(lián)接后作為輸入端A、B、C相的進(jìn)線。輸出端接法是將級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇輸出端M_1in2和M_4in1相連，M_4in2和M_7in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₂，M₅，M₈輸出端M_2in2和M_5in1相連，M_5in2和M_8in1相連；級(jí)聯(lián)模塊M₃，M₆，M₉輸出端M_3in2和M_6in1相連，M_6in2和M_9in1相連；再將輸出端M_7in2，M_8in2，M_9in2相連；剩下的輸出端M_1in1，M_2in1，M_3in1分別于輸出電感相聯(lián)接后作為輸出端a、b、c相的出線。

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了單相負(fù)載接地故障且故障切除后運(yùn)行方式如圖7所示，以輸出端a相發(fā)生負(fù)載接地短路故障為例進(jìn)行說明：通過變換器控制策略的控制，將輸出端故障相a相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí))工作狀態(tài)隨意，使這些基本模塊中AC-DC級(jí)將后端短路，不給本基本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端b、c兩相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常工作模式，此時(shí)對(duì)于輸入端而言A相的級(jí)聯(lián)模塊M₁，B相的級(jí)聯(lián)模塊M₂和C相的級(jí)聯(lián)模塊相M₃中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，即A、B、C三相都只是相當(dāng)于少了一組級(jí)聯(lián)模塊，系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)三相輸入端單位功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了輸入端輸入電流的三相對(duì)稱、平衡輸入，輸出端對(duì)非故障相負(fù)載的供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了兩相負(fù)載接地故障或兩相負(fù)載相間短路故障并切除故障相后且輸入端中心點(diǎn)接地或接零時(shí)，運(yùn)行方式如圖8所示，以輸出端a、b兩相發(fā)生負(fù)載接地短路故障或負(fù)載相間短路故障為例進(jìn)行說明：通過變換器控制策略的控制，將輸出端故障相a、b兩相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₄，M₇和M₂，M₅，M₈中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置于輸入隔離模式，其它兩級(jí)(DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí))工作狀態(tài)隨意，使基本模塊AC-DC級(jí)將后端短路，不給本基本模塊的DC-DC級(jí)和DC-AC級(jí)提供能量。輸出端c相所連級(jí)聯(lián)模塊工作在正常工作模式，此時(shí)對(duì)于供電側(cè)而言A相的級(jí)聯(lián)模塊M₁、M₂，B相的級(jí)聯(lián)模塊M₄、M₅和C相的級(jí)聯(lián)模塊相M₇、M₈中所有基本模塊的AC-DC級(jí)全部置輸入隔離路模式，即A、B、C三相都只是相當(dāng)于少了兩組級(jí)聯(lián)模塊，系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)三相輸入端單位功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行，維持三相輸入電流的三相對(duì)稱、平衡輸入，輸出端對(duì)非故障負(fù)載相的供電，實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了負(fù)載側(cè)對(duì)電源側(cè)的影響，提高了供電可靠性。

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸出端發(fā)生了三相負(fù)載接地短路故障時(shí)，運(yùn)行方式如圖9所示，通過變換器控制策略的控制，將三個(gè)故障相所連級(jí)聯(lián)模塊的DC-DC級(jí)或DC-AC級(jí)全部置于隔離模式，使此模塊在DC-DC級(jí)或DC-AC級(jí)與負(fù)載斷開，此時(shí)不再給負(fù)載提供能量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障相的故障切除。此時(shí)系統(tǒng)變成了三相級(jí)聯(lián)無功補(bǔ)償器。

變換器在新型接線模式下，當(dāng)輸入端電網(wǎng)發(fā)生單相故障，出現(xiàn)單相缺相供電時(shí)，運(yùn)行方式如圖10所示，以輸入端A相缺相供電為例說明，通過變換器控制策略的控制，此時(shí)將輸入端A相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，其它兩級(jí)(AC-DC，DC-DC)工作模式隨意，此時(shí)級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃不再給輸出端負(fù)載供電，輸入端B、C相級(jí)聯(lián)模塊工作在正常模式。此時(shí)對(duì)于輸出端而言a相的級(jí)聯(lián)模塊M₁，b相的級(jí)聯(lián)模塊M₂和c相的級(jí)聯(lián)模塊M₃中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，即a、b、c三相都只是相當(dāng)于少了一組級(jí)聯(lián)模塊，依然能實(shí)現(xiàn)三相輸出端輸出電流的三相對(duì)稱、平衡輸出，從而實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了電源側(cè)對(duì)負(fù)載側(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)缺相供電時(shí)，輸出端依然能三相平衡供電，提高了供電可靠性，減小了經(jīng)濟(jì)損失。

變換器在新型接線模式下，當(dāng)變換器中心點(diǎn)接地時(shí)，輸入端電網(wǎng)發(fā)生兩相缺相供電時(shí)，運(yùn)行方式如圖11所示，以輸入端A、B相缺相供電為例說明，通過變換器控制策略的控制，此時(shí)將輸入端A相所連級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃和輸入端B相所連級(jí)聯(lián)模塊M₄，M₅，M₆中所有基本模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，其它兩級(jí)(AC-DC級(jí)和DC-DC級(jí))工作狀態(tài)隨意，此時(shí)級(jí)聯(lián)模塊M₁，M₂，M₃，M₄，M₅，M₆不再給輸出負(fù)載供電，輸入端C相所聯(lián)接級(jí)聯(lián)模塊M₇，M₈，M₉工作在正常模式，此時(shí)對(duì)于輸出端而言a相的級(jí)聯(lián)模塊M₁、M₄，b相的級(jí)聯(lián)模塊M₂、M₅和c相的級(jí)聯(lián)模塊相M₃、M₇中所有模塊的DC-AC級(jí)全部置于輸出隔離模式，即a、b、c三相都只是相當(dāng)于少了兩組級(jí)聯(lián)模塊，依然能實(shí)現(xiàn)三相輸出端輸出電流的三相對(duì)稱、平衡輸出，從而實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)運(yùn)行、故障隔離，消除了電源側(cè)對(duì)負(fù)載側(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)缺相供電時(shí)，輸出端依然能三相平衡供電，提高了供電可靠性，減小了經(jīng)濟(jì)損失。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。