TAB变换器开路故障诊断与容错运行方法

发电;变电;配电装置的制造技术tab变换器开路故障诊断与容错运行方法技术领域1.本发明涉及电力电子变换器的故障诊断与容错技术领域，具体地，涉及一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法。背景技术：2.随着新能源和储能接入电力系统比例的增加，传统交流电力系统在运行稳定性能方面面临巨大的挑战。分布式直流系统可方便、灵活、高效地实现分布式电源和直流负荷接入，应用前景广阔。图1所示包含分布式直流系统的电力系统结构中，存在大量直流变换器连接直流母线与各类源与负荷。3.三有源桥(triple active bridge,tab)变换器是一种隔离型三端口直流变换器，具有功率密度高、能量可双向传递等优点，广泛应用于可再生能源发电、不间断电源、电动汽车中多端口接入场景。4.由于电力电子器件自身特性，开关元件成为变换器中最为脆弱的元件。据统计数据，约46％变换器故障由开关元件引起。可以分为短路故障和开路故障。短路故障会产生较大冲击电流，为了避免引起其他元件故障，需快速切除故障，在实际应用中，常通过功率开关管内部集成的保护功能实现短路故障切除。开路故障会导致变换器内部电流产生直流分量、电流峰值增大，需采取容错策略消除故障带来的影响。现有开路故障检测与故障重构手段研究限于两端口变换器。tab变换器运行涉及3个接入端口，故障重构时不仅需要保证变换器能够实现故障穿越，同时需要保证其中一个端口故障时，对其它两个端口的功率传输过程影响最小，因此对tab变换器可靠性运行提出更高要求。5.现有文献中[1]赵楠,谢伟,郑泽东,李驰,刘建伟,黄旭东.一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法[p].四川省：cn112600437a,2021-04-02.该文献研究了双有源桥变换器的开路故障容错策略，在副边全桥发生开关器件的开路故障时封锁故障开关所在桥臂的所有驱动信号并限制驱动脉冲的最大占空比，在原边全桥发生开关器件的开路故障时仅封锁故障开关器件本身的驱动信号，通过限制驱动脉冲的最大占空比来限制电流。该文献所述之方案不能解决原边全桥开路故障时产生直流分量的问题、不能保证正常端口的功率与故障前一致，且未给出开路故障的准确定位方案。[0006]现有文献[2]马腾峰,谢运祥,关远鹏,胡望,王学梅.考虑寄生参数的隔离型双有源桥dc-dc变换器的开关开路故障分析与容错控制策略[j].电力自动化设备,2021,41(08):149-155.该文献提出了一种双有源桥dc-dc变换器开关管的开路故障容错策略，通过闭锁故障开关器件构造对称的拓扑来消除开路故障时产生的直流分量，该文献未研究原边侧发生开路故障时的容错策略。[0007]现有文献中未发现三有源桥变换器开路故障诊断及其容错运行策略的研究。技术实现要素：[0008]针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法。[0009]根据本发明提供的一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法，所述方案如下：[0010]步骤s1：对tab变换器的开路故障进行定位；[0011]步骤s2：定位完成后，通过闭锁故障桥臂驱动信号并改变移相角范围，消除开路故障产生的直流偏置，解决过电流问题，分配三个端口之间传输的功率，以实现容错运行。[0012]优选地，所述步骤s1包括：分析tab各开关管开路故障波形，利用各桥臂中点电压实现tab开路故障定位；[0013]正常运行时，当上桥臂流过电流时，相应桥臂中点电压值与直流侧电压相等；当下桥臂流过电流时，相应中点电压值为0；[0014]当发生开路故障时，桥臂中点电压均会新增等于0的状态，则会导致相应故障桥臂中点电压平均值偏离正常值。[0015]优选地，所述步骤s2消除开路故障产生的直流偏置中开路故障包括：直流母线侧开路故障和储能侧开路故障；[0016]发生直流母线侧或储能侧开路故障时，将故障开关管所在桥臂驱动信号均闭锁，以形成对称的电路，从而消除直流分量；[0017]优选地，所述直流母线侧与储能侧开路故障发生后，容错运行时保证各个端口的最大电感电流均不大于正常运行时的最大电感电流。当开路故障发生于直流母线侧，改变移相角保证直流母线正常吸收功率；当开路故障发生于储能侧，改变移相角切除故障储能侧，其余两端口正常传输功率。[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：[0019]1、通过检测各桥臂中点电压，实现tab变换器中开关器件开路故障准确快速定位；[0020]2、通过闭锁故障器件所在桥臂驱动信号，实现tab变换器开关器件开路故障的容错运行；[0021]3、容错运行时通过改变移相角范围，实现tab变换器开路故障后三个端口间功率合理分配。附图说明[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：[0023]图1为含分布式直流系统的电力系统结构；[0024]图2为tab变换器拓扑结构图；[0025]图3为tab变换器等效电路图(y&δ型)；[0026]图4为tab正常运行波形图；[0027]图5为单移相控制下tab的电流回路图；[0028]图6为s21开路故障波形图；[0029]图7为s21开路故障桥臂中点电压变化的状态；[0030]图8为s11开路故障运行波形图；[0031]图9为s11开路故障桥臂中点电压变化的状态；[0032]图10为开路故障检测流程图；[0033]图11为s21开路故障闭锁时的电路拓扑图；[0034]图12为s21开路故障容错运行波形；[0035]图13为s11开路故障容错运行波形；[0036]图14为s21、s11开路故障检测仿真波形；[0037]图15为s21开路故障容错运行仿真波形；[0038]图16为s11开路故障容错运行仿真波形；[0039]图17为开路故障容错运行时三端口功率的变化。具体实施方式[0040]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。[0041]本发明实施例提供了一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法，参照图2所示，所述方法包括：[0042]步骤s1：对tab变换器的开路故障进行定位。[0043]步骤s1中：分析tab各开关管开路故障波形，利用各桥臂中点电压实现tab开路故障定位；正常运行时，当上桥臂流过电流时，相应桥臂中点电压值与直流侧电压相等；当下桥臂流过电流时，相应中点电压值为0；当发生开路故障时，桥臂中点电压均会新增等于0的状态，则会导致相应故障桥臂中点电压平均值偏离正常值。[0044]步骤s2：定位完成后，通过闭锁故障桥臂驱动信号并改变移相角范围，消除开路故障产生的直流偏置，解决过电流问题，分配三个端口之间传输的功率，以实现容错运行。[0045]步骤s2中消除开路故障产生的直流偏置中开路故障包括：直流母线侧开路故障和储能侧开路故障；发生直流母线侧开路故障时，将故障开关管所在桥臂驱动信号均闭锁，以形成对称的电路，从而消除直流分量；发生储能侧端口开路故障时，也通过闭锁故障开关管所在桥臂驱动信号消除直流分量。在闭锁故障桥臂驱动信号的基础上，改变移相角范围，限制故障电流，且当开路故障发生于直流母线侧时，保证直流母线侧可正常吸收功率，当开路故障发生于储能侧时，切除故障储能，其余两个端口正常传输功率。[0046]接下来，对本发明进行更为具体的说明。[0047]一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法，首先实现tab变换器开路故障准确快速的定位，在此基础上，通过闭锁故障桥臂驱动信号并改变移相角范围，消除开路故障产生的直流偏置，解决过电流问题，并合理分配三个端口之间传输的功率，从而实现容错运行。[0048]如图2所示tab变换器端口一、三连接蓄电池、超级电容器等储能系统，端口二连接直流母线侧。[0049]tab的基本工作原理：[0050]如图2所示tab由三个h桥与一个高频变压器组成，记三个h桥分别为h1、h2、h3，s11～s14为一次侧h1的开关管，s21～s24为二次侧h2的开关管，s31～s34为三次侧h3的开关管，d11～d14、d21～d24、d31～d34分别为h1、h2、h3中开关管相对应的反并联二极管。高频变压器为三绕组变压器，三个绕组的匝数比为n1:n2:n3。其中每个绕组与一个h桥相连接，变压器使得三个h桥实现了电气隔离，并匹配三者之间的电压比。图中vh1、v′h2、v′h3分别表示三个h桥的桥臂中点电压差，图2中的l1、l′2、l′3分别为变压器三个绕组的漏感与辅助电感之和。利用l1、l′2、l′3实现能量的传递，il1、i′l2、i′l3表示三个绕组的电流，以图2中所示方向为参考方向。[0051]以下分析中，f表示开关频率，t表示开关周期。tab通常采用单移相控制，单移相控制下，s11与s14、s12与s13、s21与s24、s22与s23、s31与s34、s32与s33的驱动信号分别保持一致，且占空比均为0.5。dij(i，j＝1，2，3，i≠j)记为三个h桥之间的移相角，d12+d23＝d13。s11与s21驱动信号之间的时间差为0.5d12t，s11与s31之间驱动信号时间差为0.5d13t，s21与s31驱动信号之间的时间差为0.5d23t。通过调节任意两个h桥之间的移相角即可控制功率的流向和大小，例如当d12大于0时，端口一向端口二传输功率，小于0时相反。d23大于0时，端口二向端口三传输功率，小于0时相反，根据移相角的相对大小可将tab变换器的工作模式分为六种，如下式(1)所示。tab中的实际功率传输方向需综合考虑d12，d13，d23。[0052][0053]tab的运行状态：[0054]a：tab正常工作状态：[0055]tab变换器正常运行时，各端口之间均能双向传递功率，此处以模式一为例，详细分析各端口电感电流，假设开关管和变压器为理想元件，忽略死区时间，三个端口的桥臂中点电压差可等效为三个占空比为0.5的方波电压。如图3所示为tab变换器的等效电路，vh2、vh3为v′h2、v′h3折算至一次侧的值，l2、l3为l′2、l′3折算至一次侧的值。记il1为一次侧电感电流，il2、il3分别为二次侧、三次侧电感电流i′l2、i′l3折算至一次侧的值。图3(a)中应用kcl定理可以求得v0的值：[0056][0057]其中m为定义的等效电感，[0058][0059]图3(a)中箭头标示的方向为电流的参考正方向。由图可知电感l1、l2、l3的电压、电流表达式如下(4)(5)：[0060][0061][0062]正常运行时驱动信号和关键电压电流波形如图4所示，mij(i＝1～3，j＝1～6)表示各端口相应时刻的电感电流变化率。正常运行时对应的电流回路如图5所示，按照电流路径可将正常运行时的一个周期分为12种状态，分别对应图4中的na～nl。其中深色部分为电流的实际回路。以il1为例进行具体计算：[0063][0064]一个周期内的一次侧电感电流il1(t)如式(7)，其中v1、v2、v3分别为三个方波电压vh1、vh2、vh3的幅值(图4是v1》v2》v3条件下的波形)：[0065][0066]由电感电流的对称性可知，电感平均电流在一个周期内平均为0，因此有il1(t0)＝-il1(t3)、il1(t1)＝-il1(t4)、il1(t2)＝-il1(t5)，令t0＝0，则t1＝d12/2f，t2＝d13/2f，结合上式可以解得：[0067][0068]利用同样的计算方法可以得到二次侧绕组与三次侧绕组相应时刻的电感电流，各端口电感电流的变化率如下式(9)。[0069][0070]表1 il1(t)表达式[0071][0072]表2 il2(t)表达式[0073][0074]表3 il3(t)表达式[0075][0076]各端口电感电流表达式如上表1、表2、表3。利用图3(b)所示的δ型电路进行功率计算，p1、p2、p3参考方向如图中所示，参考dab的功率计算公式可知tab三个端口的传输功率分别为：[0077][0078]为便于分析对比功率特性与电流应力，假设电路工作于理想情况，l1＝l2＝l3＝l，v1＝v2＝v3＝v。[0079]由式(10)可知，当d12＝0.5，d13＝0.5时，端口一输出功率最大、当d12＝-0.5，d13＝-0.5时，端口一吸收功率最大；d12＝-0.5，d23＝0.5时，端口二输出功率达到最大，d12＝0.5，d23＝-0.5时，端口二吸收功率最大；d13＝-0.5，d23＝-0.5时，端口三输出功率最大，d13＝0.5，d23＝0.5时，端口三吸收功率最大；各端口能达到的最大功率如下：[0080][0081]根据表1、表2、表3可计算出tab变换器工作于模式一时三个端口各时刻电感电流，当d12＝0.5，d23＝0.5时，端口一电感电流峰值最大，由于三端口完全对称，且移相角范围也是对称的，因此可知tab变换器各端口电感电流的最大峰值电流相等，结果如下：[0082][0083]b：直流母线侧开路故障：[0084]本文假定开关管发生开路故障时其内部反并联二极管仍能正常工作，不考虑反并联二极管不能正常工作的状态。[0085]以二次侧绕组s21开路故障为例进行分析。图6是s21开路后的驱动信号与电感电压、电流的波形图。图中左边阴影部分表示故障的暂态过程，右边阴影部分表示故障达到稳定的状态，由电压波形可知各个时段的电流变化率与正常运行时保持一致，但s21开路故障达到稳态后，il2(t4)＝0，则可知端口二电感电流产生了直流偏置。现将s21开路故障的过程详细分析如下：[0086]s21发生开路故障瞬间，na～ng状态不会受到影响，ng状态结束之时，二次侧电感电流由正向负转换，电流本应该通过s21，由于s21发生开路故障，此时d22和s24提供电流回路，二次侧电压vh2变为0，由式(4)可知二次侧电感电压幅值降低，方向为负，因此二次侧电感电流变换率较正常运行时变小，记此时的电路状态为变换率较正常运行时变小，记此时的电路状态为状态持续至t4时刻，t4～t5时间段内共分为四种电路状态，t4时刻，电路进入ni状态，随后由于三次侧电感电流过零、一次侧电感电流过零、二次侧电感电流过零分别进入nk、状态。t5～t6时间段内，由于二次侧电感电流由正向负转换，电路分别记为nl状态。由于电感电流存在直流偏置，经过若干个周期，直到二次侧s22和s23驱动信号上升沿时刻，二次侧电流刚好下降到零，则表明电路进入了故障稳态，电路中不再需要d22提供续流回路。如图中右侧阴影部分所示，s21开路故障达到稳态运行时电路运行顺序为上述以符号e21为下标的状态表示的是s21开路故障后新增的状态。s21开路故障暂态过程中桥臂电压产生变化的电流回路图7所示。[0087]c：储能侧开路故障：[0088]以一次侧绕组s11开路为例进行分析，图8是s11开路后的驱动信号与电感电压、电流的波形图。图中左边阴影部分表示故障的暂态过程，右边阴影部分表示故障稳定后的状态，由电压波形可知故障达到稳态后各个时段的电流变化率与正常运行时保持一致，但s11开路故障后，s12和s13驱动信号上升沿时刻一次侧电感电流为零，则可知电感电流产生了直流偏置。现将s11开路故障的过程详细分析如下：[0089]s11发生开路故障瞬间，na～nc状态不会受到影响，nc状态结束之时，直到t3时刻，一次侧电感电流维持为零。现将t1～t3时间段内的过程分析如下，nc状态结束之时，一次侧电感电流本应该由负向正转换，但由于s11发生了开路故障，仅存在d12和s14提供的正向电流回路，假设电流流过d12和s14，则一次侧vh1变为0，由式(4)可知一次侧电感电压小于零，则一次侧电感电流应由正向负下降，因此电流不会流过d12和s14；假设电流负向流过d11和d14，则一次侧vh1变为v1，由式(4)可知一次侧电感电压大于零，则一次侧电感电流应由负向正上升，因此电流同样不会流过d11和d14，维持为零，此时间段内vh1等于变压器一次侧绕组上的电压，电路由于一次侧电感电流降为零、二次侧与三次侧电感电流换向、s31与s34驱动信号的变化分别进入状态t3～t4时间段内，记为和状态，t4～t5时间段内，电路为nk状态，t5～t6时间段内，电路状态与正常时保持一致。由于电感电流存在直流偏置，经过若干个周期，直到s12和s13驱动信号上升沿时刻，一次侧电流刚好上升到零，则表明电路进入了故障稳态。如图中右侧阴影部分所示，稳态时电路运行顺序为上述以符号e11为下标的状态表示的是s11开路故障时新增的状态。s11开路故障暂态过程中桥臂电压产生变化对应时段的电流回路如图9所示。[0090]tab的开路故障诊断与容错策略：[0091]发生开路故障后，为了尽量减小故障对电路所造成的影响，首先需要准确定位开路故障位置，然后通过容错策略减小故障所带来的影响。由前文的分析可知，tab中发生开关管开路故障将导致电感电流产生直流偏置、电流增大的现象，电流的直流偏置使得变压器有饱和的风险、而电流增大可能出现过电流烧毁其他器件的风险，因此在发生开路故障后，应要保证故障电流不能大于正常工作时各端口最大电感电流，且应消除电流的直流分量。[0092]a、开路故障诊断：[0093]分析tab各开关管开路故障波形可知，当发生开路故障时，相应桥臂中点电压差和电感电流均产生了明显的变化，可利用桥臂中点电压差和电感电流变化来判断是否发生故障，由于tab开关器件多达12个，si1和si4，si2和si3(i＝1，2，3)发生开路故障时桥臂中点电压差和电感电流波形是一致的，因此无法来区分这些开关管的开路故障。为了解决这一问题，此处提出利用各桥臂中点电压实现tab开路故障精准定位的方法，即图2中所示的vag1、vbg1、vag2、vbg2、vag3、vbg3。由图可知，vag1、vbg1、vag2、vbg2、vag3、vbg3的大小分别由各上下桥臂开关器件状态决定，正常运行时，当上桥臂流过电流时，相应桥臂中点电压值与直流侧电压相等，分别为v1、v2、v3。当下桥臂流过电流时，相应中点电压值为0，桥臂中点电压与相应方波电压的关系可知：[0094][0095]利用一个周期内桥臂中点电压平均值即可实现tab开路故障准确定位。由上式(13)可知，正常运行时，各桥臂中点电压平均值如下：[0096][0097]由s21与s11开路故障暂态过程中新增电流回路状态(图7、图9)可知，当发生开路故障时，桥臂中点电压均会新增等于0的状态，则会导致相应故障桥臂中点电压平均值偏离正常值。例如，s21发生开路故障时，vcg2在一个周期内的平均值明显降低，而其他桥臂中点电压几乎没有影响，s22发生开路故障时，vcg2在一个周期内的平均值明显增大，而其他桥臂中点电压几乎无影响。s24发生开路故障时，电感电压、电感电流的变化与s21发生开路故障时保持一致，但此时vdg2在一个周期内的平均值明显增大，而vcg2无明显改变，因此可区分s21与s24的开路故障，s23故障时vdg2明显减小，其他中点电压无明显变化，同样的原理，一次侧和三次侧也可用相应桥臂中点电压来定位开路故障的位置。各开关管开路时桥臂中点电压信息总结如下表4所示。考虑到实际电力电子系统中存在开关噪声、电磁干扰、寄生参数的影响以及传感器的测量误差，在tab变换器正常运行时电压测量值也可能会出现一定的偏差，因此设置相应的阈值α、β、γ来避免故障的误判。据此，可得出开路故障检测定位的流程图如图10所示。[0098]表4各开关器件开路故障时桥臂中点电压平均值[0099][0100][0101]b、直流母线侧开路故障容错策略：[0102]由前面的分析过程可知，产生直流分量的根本原因是开路故障后电路的不对称性，因此，在发生开路故障时将故障开关管所在桥臂驱动信号均闭锁，以形成对称的电路，从而消除直流分量。当直流母线侧发生开路时，以s21开路为例，将故障桥臂驱动信号均闭锁，此时电路拓扑如图11所示。端口二连接直流母线，则容错控制目标是储能系统向直流母线传输能量。因此需改变移相角至d12≥0、d23≤0、d13≥0，或d12≥0、d23≤0、d13≤0范围内。以在d12≥0、d23≤0、d13≥0范围容错运行为例，s21开路故障闭锁时的电流波形如图12所示，图中左边阴影部分为s21开路故障暂态过程，前文已详述了该部分；右边阴影部分为s21开路故障容错运行稳定状态，相比于正常运行状态，移相角发生了变化，容错运行稳态根据变换器电流回路可分为12种状态，但在此仅需要分析容错运行时的功率特性与电流特性，因此图中仅按照桥臂中点电压差来进行分类，可分为8个运行状态，如图中所示。图中状态对应的是s23驱动信号有效且二次侧电感电流为正的状态，此时电路由s23和d21提供电流回路，因此vh2变为零，状态对应的是s24驱动信号有效且二次侧电感电流为负的状态，此时电路由s24和d22提供电流回路，图中rij表示第i个端口各时间段的电感电流变化率。由式(4)可计算出各个时刻电流值，以二次侧电感电流为例，二次侧电感电流之间的关系如下式：[0103][0104]由式(15)可得出端口二的电感电流，计算结果示于附录a，各端口电感电流表达式为式(a1)，(a2)，(a3)。理想情况下，s21开路故障容错运行时各端口功率表达式为(a4)，各端口电感电流表达式为(a5)，根据(a5)计算可得三个端口电感电流最大值分别如下：[0105][0106]实际应用中，器件型号一般依据正常运行模式进行选择，因此容错运行时应保证各个端口的最大电感电流均不大于正常运行时的最大电感电流。则有：[0107][0108]在此容错策略下，移相角范围满足0≤d12≤0.5，d23≤0，d13≥0或d12≥0，d23≤0，0≤d13≤0.5。计算可知均满足上式(17)。根据(a4)可得出各端口功率与移相角的关系满足式(18)，当d12＝0.5，d23＝0时，端口一达到最大输出功率；当d12＝0.5，d23＝-0.5时，端口二达到最大吸收功率；当d12＝0.5，d23＝-0.5时，端口三达到最大输出功率，各端口最大传输功率表达式如下：[0109][0110]根据计算，s21开路故障容错运行时各端口最大电感电流如下：[0111][0112]c、储能侧开路故障容错策略：[0113]储能侧端口发生开路故障后，同样通过闭锁故障开关管所在桥臂驱动信号消除直流分量。容错控制目标为切除故障储能侧，使功率在未发生故障的储能侧和直流母线侧进行传输。以端口一s11开路故障为例，为达到容错运行的目标，应将移相角改变至0≤d12≤0.5，0≤d23≤0.5，d13≥0或0≤d12≤0.5，-0.5≤d23≤0，d13≥0范围，分别对应母线向正常运行储能侧传输功率和正常运行储能侧向母线传输功率两种状态。此处以0≤d12≤0.5，0≤d23≤0.5，d13≥0为例，s11开路故障闭锁容错运行的波形如图13所示，详细过程分析如下：[0114]s11发生开路故障时，故障暂态如图中左侧阴影部分所示，前文已经详述了该部分过程，在此略去。闭锁故障桥臂，一段时间后电路达到稳态，如图中右侧阴影部分所示。以s14驱动信号上升沿为稳态起点进行分析，根据桥臂电压差可分为八个运行状态，分别记为驱动信号上升沿为稳态起点进行分析，根据桥臂电压差可分为八个运行状态，分别记为对应端口一电感电流回路为s14和d12的三个状态。t3时刻，电流下降至零，并维持到s13驱动信号上升沿，此时间段内vh1等于变压器一次侧绕组电压，记此状态为此状态分析如下：t3时刻，一次侧电感电流下降至零，假设电流继续下降，则电流应通过d11和d14，vh1为v1，根据式(4)可知电流将上升，则电流将回到零的状态，因此实际上在此时间段内电流保持为零。对应端口一电感电流回路为s13和d11的三个状态。t7时刻，电流上升至零，并维持到s14驱动信号上升沿，此时间段内vh1等于变压器一次侧绕组电压，记此状态为此状态分析过程与类似，不再详述。s11开路故障闭锁容错运行时各端口电感电流表达式为(a6)，(a7)，(a8)理想情况下，s11开路故障容错运行功率表达式为(a9)各端口电感电流表达式为(a10)。[0115]同样，在理想情况下比较s11开路故障闭锁运行时的电流应力与功率特性，此时三个绕组的最大电感电流分别出现在t1，t1，t2时刻：[0116][0117]根据计算，此时同样不会导致故障电流最大值超过正常运行时的电流最大值，结合式(a9)可得出三端口的功率与移相角关系的表达式，p1恒等于零，即端口一没有功率流动，p2、p3表达式如下(21)(22)，功率仅在端口二和端口三之间流动，当d12＝0，d23＝0.5时，端口二输出功率达到最大，端口三吸收功率达到最大：[0118][0119]由端口的对称性可知，若采取的容错策略是0≤d12≤0.5，-0.5≤d23≤0，则当d13＝0，d23＝-0.5时，端口三输出功率最大，端口二吸收功率最大：[0120][0121]根据计算，s11开路故障容错运行时各端口最大电流如下：[0122][0123]举例：[0124]为验证本发明提出的技术方案，基于matlab-simulink环境建立tab变换器仿真模型。tab各端口直流电压参见表5。[0125]表5 tab各端口直流电压[0126][0127]tab参数设计：[0128]1、tab电感参数设计：[0129]tab辅助电感l1、l2、l3需满足功率传输指标，此处以端口最大传输功率为100w进行设计，理想情况下，由式(11)可知tab能够传输的最大功率为：[0130][0131][0132]此处取l1＝l3＝240μh，l2＝160μh。[0133]2、tab直流侧电容设计：[0134]直流侧电容主要作用是滤波以及减少负载扰动对电压的影响，应满足[0135][0136]式中，io——直流输出电流，[0137]δumax——变换器负载扰动时抗干扰指标，一般为直流电压的5％。[0138]代入计算得[0139][0140]实际电路中，直流输出侧还需提供交流接口，电容滤波稳压能力需更强，取c1＝c2＝c3＝400μf。[0141]仿真结果：[0142]为验证所提出的三有源桥变换器的开路故障诊断与容错策略的有效性，首先验证开路故障检测策略的有效性，以s21和s11为例进行开路故障诊断的仿真，仿真中设置0.005s时发生开路故障。[0143]如图14所示，当s21或s11发生开路故障时，电感电流产生明显的直流偏置，且幅值增大，所提开路故障诊断策略能迅速的定位故障位置。图中flag表示故障的标志位，uab,ucd分别为一次侧、二次侧桥对应的方波电压，il1,il2分别为一次侧、二次侧电感电流。[0144]为验证容错策略的有效性，分别设置s21和s11发生开路故障，模拟直流母线侧与储能侧的开路故障，故障前d12》0，d23》0，d13》0。s21发生开路故障时的容错目标为使端口二(直流母线侧)吸收功率，端口一、三输出功率，结果如图15所示。s11发生开路故障时容错目标为使端口一(储能侧)不再参与功率传输，功率仅在端口二与端口三之间传输。结果如图16所示。从图15、图16可以看出所提容错策略可快速消除直流偏置，图17为s21和s11发生开路故障容错运行时三个端口的功率，以图3(b)中所示功率流为参考方向。从图中可看出，s11开路时，可实现端口一不再传输功率，功率仅在端口二、三之间传输；s21开路时，端口一、三向端口二输出功率。[0145]附录a[0146]二次侧s21开路故障容错运行时的计算结果如下：[0147]由式(15)可计算出s21开路故障容错运行电流过零时刻t2和二次侧电感电流：[0148][0149][0150][0151][0152][0153]s21开路故障容错运行时一次侧各时刻的电感电流如下：[0154][0155][0156][0157][0158]s21开路故障容错运行时三次侧各时刻的电感电流如下：[0159][0160][0161][0162][0163]理想工作条件下，各端口功率如下：[0164][0165][0166][0167]理想工作条件下，各端口电感电流如下：[0168]端口一：[0169]端口二：[0170]端口三：[0171]s11开路故障容错运行时的计算结果如下：[0172]一次侧各时刻电流如下：[0173][0174]二次侧各时刻电流如下：[0175][0176][0177][0178][0179]三次侧各时刻电流如下：[0180][0181][0182][0183][0184]理想情况下各端口功率表达式如下：[0185][0186]理想情况下各端口电感电流表达式如下：[0187]端口一：[0188]端口二：[0189]端口三：[0190]本发明实施例提供了一种tab变换器开路故障诊断与容错运行方法，可以快速准确的定位三有源桥变换器开关器件的开路故障；可以实现三有源桥变换器开关器件开路故障的容错运行；可以实现tab变换器开路故障后三个端口间功率合理分配。[0191]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。









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