(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210683233.0 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 王青松　洪周良　潘宇航　程明　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 王艳秋 (51)Int.Cl. H02M 1/32(2007.01) H02M 7/219(2006.01) H02M 7/5387(2007.01) H02J 3/38(2006.01) H02J 3/32(2006.01)G06K 9/00(2022.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种半桥型储能多电平变换器子模块的短 路故障诊断策略 (57)摘要 本发明公开了一种半桥型储能多电平变换 器子模块的短路故障诊断策略， 涉及电力电子储 能技术领域， 通过将被诊断子模块与冗余子模块 相配合， 并结合载波移相调制策略， 通过分析半 桥储能子模块易发生短路故障的时刻， 并在该时 刻利用中断被诊断子模块的功率开关器件驱动 信号的方式来进行故障诊断， 本发 明所提出的短 路故障诊断策略应用于一切含有半桥储能子模 块并利用载波移相进行调制的多电平变换器， 在 储能子模块出现短路故障的瞬间就能诊断出故 障， 并在第一时间进行处理， 进而可以避免储能 电池两端的短路直通， 大大提升了故障诊断的效 率， 提升了多电平变换器的运行的安全性与可靠 性， 简单实用。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114977752 A 2022.08.30 CN 114977752 A 1.一种半桥型储能多电平变换器子模块的短路故障诊断策略， 其特征在于， 包括左桥 臂与右桥臂、 滤波电感Lf、 负载Z； 所述左桥臂与右桥臂均是由N个半桥储能子模块与一个冗 余子模块串联而成； 所述左桥臂与右桥臂一侧通过负载Z连接， 另一侧通过滤波电感Lf相连 接， 进而构成单相多电平变换器； 所述半桥储能子模块由两个功率开关器件S1和S2构成半桥 结构， S1和S2串联的两端接锂电池E， S2两端作为输出端， 并有滤波电容C并在锂电池两端； 短路故障策略包括以下步骤： 步骤一： 建立载波移相调制波数 学模型， 其中调制波数 学模型为： 式中， Cl,i(t)是左桥臂第i个载波的表达式， Cr,i(t)是右桥臂第i个载波的表达式， 和 分别为左桥臂第i个载波Cli和右桥臂第i个载波Cri的相位角， 第一个点状载波Cl,1的 相位角设为θc， ωc为载波角频率， 其中1≤i≤N； 步骤二： 建立符号 函数模型： Dl,i(t)＝sgn[Cl,i(t)‑Ml(t)] Dr,i(t)＝sgn[Cr,i(t)‑Mr(t)] Ml(t)＝Qcos(ωt ‑θm) Mr(t)＝‑Qcos(ωt ‑θm) 式中， Dli(t)是左桥臂的第i个载波与对应的调制波相减后得到的符号函数， Dr,i(t)是 右桥臂的第i个载波与对应的调制波相减得到的符号函数， Ml(t)为左桥臂的虚线调制信 号， Mr(t)为右桥臂的虚线调制信号ω＝2π/T， 其中， T是傅里叶分析周期， ω是调制信号的 角频率， θm是相位角， Q是调制比， 且Q≤1； 步骤三： 求出左桥臂第i个子模块SM1,i， 其中i<N的S1开关管短路故障诊断期间驱动信号 的表达式： 左桥臂第i个载波不小于调制波Ml(t)的时间交点公式如下： Dl,i(tl,i_1)＝Dl,i(tl,i_2)＝0 上式满足Dl,i(t)≥0、 tl,i_2＞tl,i_1和i<N的条件； 左桥臂第i+1个载波不小于调制波Ml(t)的时间交点公式如下： Dl,i+1(tl,i+1_1)＝Dl,i+1(tl,i+1_2)＝0 上式满足Dl,i+1(t)≥0、 tl,i+1_2＞tl,i+1_1和i<N的条件； 最后， 求得SM1,i(i<N)的S1处于短路故障诊断期间的驱动信号表达式如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114977752 A 2QSM1,i(t)＝0(tl,i_1≤t≤tl,i+1_1) 步骤四： 每个桥臂最后一个子模块SM1,N的S1短路故障诊断期间的驱动信号表达式相较 于前面的子模块有所区别， 再求出子模块SM1,N的S1开关管短路故障诊断期间驱动信号的表 达式： 右桥臂最后一个载波(Cr,N(t))不小于调制波Mr(t)的时间交点公式如下： Dr,N(tr,N_1)＝Dr,N(tr,N_2)＝0 上式满足Dr,N(t)≥0、 tr,N_2＞tr,N_1的条件； 右桥臂第一个载波(Cr,1(t))不小于调制波Mr(t)的时间交点公式如下： Dr,1(tr,1_1)＝Dr,1(tr,1_2)＝0 上式满足Dr,1(t)≥0、 tr,1_2＞tr,1_1的条件； 最后， 可求得SMl,N的S1短路故障诊断期间的驱动信号表达式如下： QSM1,N(t)＝0(tr,N≤t≤tr,1) 步骤五： 将步骤三和步骤四求得的所有时间交点公式进行整合， 求出左桥臂第 i个子模 块SM1,i的S1开关管短路故障诊断期间驱动信号的表达式， 并与 冗余子模块配合进行相应地 短路故障诊断操作； 步骤六： 求出左 桥臂第i个子模块SM1,i， 其中， i<N的S2开关管短路故障诊断期间驱动信 号的表达式： 左桥臂第i个载波不大于调制波Ml(t)的时间交点公式如下： Dl,i(tl,i_3)＝Dl,i(tl,i_4)＝0 上式满足Dl,i(t)≤0、 tl,i_4＞tl,i_3和i<N的条件； 左桥臂第i+1个载波不大于调制波Ml(t)的时间交点公式如下： Dl,i+1(tl,i+1_3)＝Dl,i+1(tl,i+1_4)＝0 上式满足Dl,i+1(t)≥0、 tl,i+1_4＞tl,i+1_3和i<N的条件； 最后， 求得SM1,i(i<N)的S2短路故障诊断期间的驱动信号表达式如下： QSM1,1(t)＝0(tl,i_3≤t≤tl,i+1_3) 步骤七： 每个桥臂最后一个子模块SM1,N的S2短路故障诊断期间的驱动信号表达式相较 于前面的子模块有所区别， 再求出子模块SM1,N的S2开关管短路故障诊断期间驱动信号的表 达式； 右桥臂最后一个载波(Cr,N(t))不大于调制波Mr(t)的时间交点公式如下： Dr,N(tr,N_3)＝Dr,N(tr,N_4)＝0 上式满足Dr,N(t)≤0、 tr,N_4＞tr,N_3的条件； 再求出右桥臂第一个载波(Cr,1(t))不大于调制波Mr(t)的时间交点公式如下： Dr,1(tr,1_3)＝Dr,1(tr,1_4)＝0 上式满足Dr,1(t)≤0、 tr,1_4＞tr,1_3的条件； 最后， 可求得SMl,N的S2短路故障诊断期间的驱动信号表达式如下： QSM1,N(t)＝0(tr,N_3≤t≤tr,1_3) 步骤八： 将步骤六和步骤七求得的两段时间交点公式进行整合， 求出左桥臂第 i个子模 块SM1,i， 其中i≤N的S2开关管短路故障诊断期间驱动信号 的表达式， 并与冗余子模块配合 进行相应地短路故障诊断操作。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114977752 A 3