2023年3月电工技术学报Vol.38No.6第38卷第6期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMar.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211734级联H桥变换器IGBT开路故障分析与冗余方法研究赵楠郑泽东刘建伟李驰李永东（电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室（清华大学电机工程与应用电子技术系）北京100084）摘要级联H桥变换器包含了大量的开关器件，往往面临严峻的可靠性问题。该文从电路特性和调制过程两方面对级联H桥变换器IGBT开路故障的影响规律进行分析，并提出一种基于调制重构的级联H桥变换器IGBT故障冗余方法。该故障冗余方法通过重构变换器调制过程，使H桥从故障中恢复运行，且发生开路故障的单元依然具有部分功率传输能力，提高了级联H桥变换器开路故障的处理能力。关键词：级联H桥变换器开路故障分析冗余方法调制重构中图分类号：TM4610引言级联H桥变换器是一类采用多单元级联技术实现高压大功率电能转换的变换器，经常被应用于电力电子变压器、高压逆变器中[1-3]，其示意图如图1所示。图1级联H桥变换器示意图Fig.1TopologyofaH-bridgeconverter对于多单元级联型变换器，其包含了大量的功率器件，因此往往面临严峻的可靠性问题。在发生故障后，首先需要故障检测方法对故障进行判断与定位，然后利用故障冗余保护方法将故障切除。目前关于级联型变换器的故障诊断方法相对成熟，能够有效地识别级联H变换器的开路故障[4-5]。故障冗余方法大致可分为两类：系统级故障冗余与部件级故障冗余[6]。系统级故障冗余会额外设置多个冗余单元，一旦发生故障则将利用冗余单元代替故障单元。部件级故障冗余研究单元本身，通过调整电路拓扑结构或重构调制方式，提高每个单元的故障冗余能力。在系统级故障冗余方面，通常利用快速短路开关将H桥变换器的故障单元切除，并将正常单元投入工作[7-8]。为了扩大故障后变换器的运行区间，提高电压利用率以及功率因数，除了通过直接切除故障单元保证系统平衡外，还可以采用直流侧电压调整[9]、热备份冗余单元[10]等方案。然而，系统级冗余方法面临成本增加、效率降低、控制难度增大等问题，当备用单元由于故障而全部投入使用后，再发生故障系统就会面临停机的危险。因此，需要部件级故障冗余方法配合。在部件级故障冗余方面，通常会针对单个变换器进行改进或重构，通过增加冗余开关器件[11]、冗余开关桥臂[12]，甚至改变电路拓扑结构[13]达到提升单个变换器冗余性能的目的。通过此类冗余方法，确...
