本发明涉及分散的电力能源集中化控制技术领域，具体涉及一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略
背景技术：
由于能源危机和环境问题的日益突出，分布式电源得到迅猛发展。相当一部分分布式发电装置直接或者与负荷组成微网的形式通过逆变器接入配电网。因此微网中的重要组成部分是逆变器。逆变器中的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节，它的可靠性问题一直没有得到有效解决。逆变器一旦发生故障会导致整个系统不能正常工作，严重时将造成灾难性后果。
在微网并网运行模式下，由于分布式微源是由逆变器并网，若逆变器发生故障，各个微源对流过保护的故障电流的增流或阻流作用会导致原来的保护误动或拒动，不同保护之间的配合也会失效。传统的处理方法是切除微网，虽然这可以极大地保护配电网的安全，却影响了供电的可靠性以及微网的效率。
目前常用的逆变器容错方案,包括双机备份、和桥臂冗余等方式。双机备份采用两套逆变器,可靠性高,但系统结构复杂,体积和成本较高,设备利用率低。桥臂冗余是在某一桥臂发生故障时,通过隔离措施将故障桥臂与负载隔离,将输出相切换到辅助桥臂上；这种方式开关较多,驱动和辅助装置繁杂。四开关逆变器与六开关逆变器相比减少了一对开关管，装置体积、器件成本及损耗均有所降低，驱动电路的结构也相对简单。四开关逆变器控制技术在电机驱动领域的发展已相对成熟，国内外已有大量文献对四开关逆变器进行了研究。但是，当传统的三相四开关容错逆变器任意一个桥臂有一个开关故障，整个桥臂就得切除，容错空间小。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有逆变器领域的现状，提出一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，在容错状态下微网多逆变器系统有四中工作模式，使得微网的容错空间、装置可靠性和利用率有了更大的提升！装置体积和成本得到大幅的下降。同时，有效保障了故障后分布式微源的供电持续能力。
为此，本发明提供的技术方案是，一种具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，包括容错逆变器1和常规逆变器2；
其所述的容错逆变器1，包括两个电压值相等的直流电源和三个并联的桥臂sa、sb、sc和三端可控硅开关tac、tab、tbc、toa、tob、toc；
其所述的sc桥臂，依次串联开关器件v1、熔断器f1、f10、f9、f4和开关器件v4；所述的sb桥臂，依次串联开关器件v2、熔断器f2、f8、f5和开关器件v5；所述的sa桥臂，依次串联开关器件v3、熔断器f3、f7、f11、f6和开关器件v6；
其所述的三端可控硅开关tac的一端与sc桥臂的熔断器f1和f10的中点相连，一端与sa桥臂的熔断器f1和f10的中点相连；所述的三端可控硅开关tab的一端与sa桥臂的熔断器f6和f11的中点相连，一端与sb桥臂的熔断器f5和f8的中点相连；所述的三端可控硅开关tbc的一端与sc桥臂的熔断器f4和f9的中点相连，一端与sb桥臂的熔断器f5和f8的中点相连；
其所述的sa桥臂的熔断器f7和f11的中点与三端可控硅开关toa的一端相连，所述的sb桥臂的熔断器f2和f8的中点与三端可控硅开关tob的一端相连，所述的sc桥臂的熔断器f9和f10的中点与三端可控硅开关toc的一端相连；三端可控硅toa、tob、toc的另一端并联接入所述的两个直流电源的中点o；
其所述的常规逆变器2包括一个直流电源和三个并联的桥臂sa、sb、sc。其特征在于，所述的sc桥臂，依次串联开关器件v1和v4；所述的sb桥臂，依次串联开关器件v2和v5；所述的sa桥臂，依次串联开关器件v3和v6。
尤其是，本发明中所述的容错功能的微网多逆变器系统具有四种工作模式。
工作模式1，容错逆变器1和常规逆变器2都处于正常工作状态；
工作模式2，当容错逆变器1正常工作，常规逆变器2发生故障时，切除常规逆变器2；容错逆变器1继续使微网系统正常工作；
工作模式3：当容错逆变器1和常规逆变器2都发生故障时，切除常规逆变器2，重构容错逆变器1为三相四开关型，即断开故障桥臂，并接通相应的三端双向可控硅开关使其容错运行；
工作模式4，当常规逆变器2正常工作，容错逆变器1发生故障时，重构逆变器为三相四开关型。
所述的具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，所述的容错逆变器1的实现步骤如下：
若功率开关v1发生短路故障，则熔断熔断器f1，切除功率开关v1，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v4发生短路故障，则熔断熔断器f4，切除功率开关v4，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v4发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2发生短路故障，则熔断熔断器f2，切除功率开关v2，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2发生开路故障，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v5发生短路故障，则熔断熔断器f5，切除功率开关v5，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v5发生开路故障，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3发生短路故障，则熔断熔断器f3，切除功率开关v3，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v6发生短路故障，则熔断熔断器f6，切除功率开关v6，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v6发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v4同时发生短路故障，则熔断熔断器f1和f4，切除功率开关v1和v4，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v4同时发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v5同时发生短路故障，则熔断熔断器f2和f5，切除功率开关v2和v5，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v5同时发生开路故障，接通三端双向可控硅开关tob，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v6同时发生短路故障，则熔断熔断器f3和f6，切除功率开关v3和v6，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v6同时发生开路故障，接通三端双向可控硅开关toa，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v5同时发生短路故障，则熔断熔断器f1、f5和f9，切除功率开关v1和v5，接通三端双向可控硅开关toc和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，v2和v4构成sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v5同时发生开路故障，则熔断熔断器f9，接通三端双向可控硅开关toc和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v4同时发生短路故障，则熔断熔断器f2、f4和f8，切除功率开关v2和v5，接通三端双向可控硅开关tob和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，v1和v5构成sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v4同时发生开路故障，则熔断熔断器f8，接通三端双向可控硅开关toc和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v6同时发生短路故障，则熔断熔断器f2、f6和f8，切除功率开关v2和v6，接通三端双向可控硅开关tob和tab，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，v3和v5构成sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v2和v6同时发生开路故障，则熔断熔断器f8，接通三端双向可控硅开关toc和tab，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v5同时发生短路故障，则熔断熔断器f3、f5和f7，切除功率开关v3和v5，接通三端双向可控硅开关tob和tab，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，v2和v6构成sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v5同时发生开路故障，则熔断熔断器f11，接通三端双向可控硅开关tob和tab，将直流侧电压源作为逆变器的sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v6同时发生短路故障，则熔断熔断器f1、f6和f7，切除功率开关v1和v6，接通三端双向可控硅开关toa和tac，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，v3和v4构成sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v1和v6同时发生开路故障，则熔断熔断器f7，接通三端双向可控硅开关toa和tac，将直流侧电压源作为逆变器的sa相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v4同时发生短路故障，则熔断熔断器f3、f4和f9，切除功率开关v3和v4，接通三端双向可控硅开关toc和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，v2和v4构成sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；
若功率开关v3和v4同时发生开路故障，则熔断熔断器f10，接通三端双向可控硅开关toc和tbc，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，重构成三相四开关逆变电路。
本发明所述的具有容错功能的微网多逆变器系统及其控制策略，其特征在于，所述的容错逆变器1的控制方法为下垂-电压-电流三环控制-容错脉冲算法；所述的常规逆变器2的控制方法为下垂-电压-电流三环控制。本发明所述的容错逆变器1的控制方法为下垂-电压-电流三环控制-容错脉冲算法；所述的常规逆变器2的控制方法为下垂-电压-电流三环控制。
本发明与现有技术相比，其有益效果：可以提高微网系统的可靠性和利用率、减小装置体积和成本，大幅提升逆变器的容错空间；而传统的逆变器发生故障时，会直接切除微网，设备利用率低，严重地影响了供电的可靠性以及微网的效率。
附图说明
图1具有容错功能的微网多逆变器系统的拓扑结构；
图2容错逆变器1的开关状态表；
图3容错逆变器1的相开关模式；
图4常规逆变器2的相开关模式；
图5环流等效电路；
图6容错脉冲算法；
图7总体控制策略；
图8仿真模型主要参数；
图9仿真工作模式1容错逆变器1输出电压；
图10仿真工作模式1容错逆变器1输出电流；
图11仿真工作模式1容错逆变器1的有功功率；
图12仿真工作模式1容错逆变器1的无功功率；
图13仿真工作模式1逆变器2输出电压；
图14仿真工作模式1逆变器2输出电流；
图15仿真工作模式1逆变器2的有功功率；
图16仿真工作模式1逆变器2的无功功率；
图17仿真工作模式1容错逆变器1与逆变器2之间的环流；
图18仿真工作模式2容错逆变器1输出电压；
图19仿真工作模式2容错逆变器1输出电流；
图20仿真工作模式2容错逆变器1的有功功率；
图21仿真工作模式2容错逆变器1的无功功率；
图22仿真工作模式3容错逆变器1输出电压；
图23仿真工作模式3容错逆变器1输出电流；
图24仿真工作模式3容错逆变器1的有功功率；
图25仿真工作模式3容错逆变器1的无功功率；
图26仿真工作模式4容错逆变器1输出电压；
图27仿真工作模式4容错逆变器1输出电流；
图28仿真工作模式4容错逆变器1的有功功率；
图29仿真工作模式4容错逆变器1的无功功率；
图30仿真工作模式4逆变器2输出电压；
图31仿真工作模式4逆变器2输出电流；
图32仿真工作模式4逆变器2的有功功率；
图33仿真工作模式4逆变器2的无功功率；
图34仿真工作模式4容错逆变器1与逆变器2之间的环流；
具体实施方式
图1是微网系统的拓扑结构，包括两台逆变器，容错逆变器1和常规逆变器2，其中容错逆变器1的直流侧电压由两个电压值相等的直流电源提供，虚线框内是由6个三端双向可控硅开关tab,tac,tbc,toa、tob、toc和9个快速熔断器f1～f9组成，逆变器常见的故障是功率开关器件的短路和开路，当容错逆变器1中的功率开关器件发生短路或开路故障时，通过重构其拓扑结构，保证容错逆变器1能继续正常运行；当容错逆变器1中的功率开关管发生短路故障时，熔断其对应的快速熔断器，将短路故障转化为开路故障，并接通相应的双向可控硅开关。
图2是容错逆变器1的开关状态表，即容错逆变器1可发生故障的所有模式的对应开关状态，其开关状态1与2-9的开关动作情况类似；其开关状态10与11-15的开关动作情况类似，所以在此仅对开关状态1和开关状态10进行举例说明。
以开关状态1为例，如果容错逆变器1中功率开关v1发生短路故障，则熔断熔断器f1，将功率开关v1切除，同时三端双向可控硅开关toc接通，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，构成三相四开关逆变电路；如果逆变器1中功率开关v1发生开路故障，由于功率开关v1是断开状态，不需要熔断快速熔断器f1进行切除，同时接通三端双向可控硅开关toc，重构成三相四开关逆变电路。
以开关状态10为例，如果容错逆变器1中功率开关v1和v5发生短路故障，此时只剩余sa相桥臂正常，熔断快速熔断器f1，f5，将功率开关v1和v5切除，同时三端双向可控硅开关toc接通，将直流侧电压源作为逆变器的sc相桥臂，由于v1和v5不在同一桥臂，因此熔断熔断器f9，同时三端双向可控硅开关tbc接通，由对应的v4和v2构成sb相桥臂，重构成三相四开关逆变电路；如果容错逆变器1中功率开关v1和v5发生开路故障，由于功率开关v1和v5是断开状态，不需要熔断快速熔断器f1，f5进行切除，同时接通三端双向可控硅开关tbc和toc，构成三相四开关逆变电路。
图3和图4是(容错)逆变器的相开关模式，在容错逆变器1处于正常和故障两种状态下，容错逆变器1和逆变器2的sa相和sb相的开关模式都是一致，从两个逆变器故障与正常状态下的线电流、电压对比可知，
故障状态下，(即三相四开关电路)的sa、sb两条电流支路线电流i11和i12都满足：
相电压为，
正常状态下，(即三相六开关电路)的sa、sb两条电流支路线电流i11和i12都满足：
相电压为，
ucn2＝-(i21+i22)(z+zload)＝-udc2
从上计算公式可知，要使故障状态下，(即三相四开关电路)的相电压等于正常状态下，(即三相六开关电路)的线电流、相电流、相电压，即，
i11＝i21和i12＝i22
则设置为，容错逆变器故障状态下输出电压是正常状态下输出电压的2倍，即，
udc1＝2udc2
图5是容错逆变器1在出现故障状态下和常规逆变器2共同运行时产生的环流等效电路，
假设容错逆变器1和逆变器2输出的阻抗z相等，得出：
分析所得，因为逆变器1的电源侧电压是逆变器2的2倍，所以环流iha可以消除，而ihb则需要通过滤波器lc的阻抗才能抑制，所以输出的阻抗需要增大，并且越大抑制得越好。
图6是容错逆变器1发生功率开关不在同一桥臂的故障时，触发脉冲信号需要重新配置的容错脉冲算法，是采用逻辑判断容错逆变器1中的v1～v6的通断情况，作出是否改变原来脉冲信号的赋予配置，例如：
假设，v1和v5发生故障，即图2状态表中的状态10，v5由v4替代，那么将脉冲sv5的值赋给sv4，然后输出最终的容错脉冲信号sv1-sv6，图2状态表中的状态11-15有类似的处理过程；图2状态表中的状态1-5不需要改变原来的脉冲信号。
图7容错逆变器1和常规逆变器2的总体控制策略，常规逆变器2采用的是下垂-电压-电流三环控制；容错逆变器1的控制方法结合下垂-电压-电流三环控制和容错脉冲算法。
图8是仿真实验时模型主要参数，主要有频率、电压、开关频率、滤波电感电容及负载等参数，
工作模式1，容错逆变器1和逆变器2均处于正常运行状态。仿真时间为2s。
图9仿真工作模式1容错逆变器1输出电压；
图10仿真工作模式1容错逆变器1输出电流；
图11仿真工作模式1容错逆变器1的有功功率；
图12仿真工作模式1容错逆变器1的无功功率；
图13仿真工作模式1逆变器2输出电压；
图14仿真工作模式1逆变器2输出电流；
图15仿真工作模式1逆变器2的有功功率；
图16仿真工作模式1逆变器2的无功功率；
图17仿真工作模式1容错逆变器1与逆变器2之间的环流；
由于两个逆变器都工作在正常状态，因此它们的输出电压和输出电流波形正常，功率均分，两个逆变器之间无环流。
工作模式2，逆变器1正常运行，逆变器2由于发生故障被切除。仿真过程设置逆变器2在1s时故障被切除。
图18仿真工作模式2容错逆变器1输出电压；
图19仿真工作模式2容错逆变器1输出电流；
图20仿真工作模式2容错逆变器1的有功功率；
图21仿真工作模式2容错逆变器1的无功功率；
由于逆变器2在1s时发生故障被切除，原本由逆变器2承担的功率都落到容错逆变器1上，因此容错逆变器1的输出电流加倍，而容错逆变器1的输出电压波形在逆变器2故障前后保持一致。
工作模式3，容错逆变器1和逆变器2同时故障。仿真过程设置在1s时发生故障。容错逆变器1故障后重构，逆变器2被切除。
图22仿真工作模式3容错逆变器1输出电压；
图23仿真工作模式3容错逆变器1输出电流；
图24仿真工作模式3容错逆变器1的有功功率；
图25仿真工作模式3容错逆变器1的无功功率；
容错逆变器1的输出电压在故障前后都能保持一致，输出电流在故障前后都能保持好的波形，由于逆变器2在1s时发生故障被切除，原本由逆变器2承担的功率都落到逆变器1上，因此逆变器1的输出电流加倍。
工作模式4，容错逆变器1故障，逆变器2正常运行，仿真过程设置在1s时发生故障。
图26仿真工作模式4容错逆变器1输出电压；
图27仿真工作模式4容错逆变器1输出电流；
图28仿真工作模式4容错逆变器1的有功功率；
图29仿真工作模式4容错逆变器1的无功功率；
图30仿真工作模式4逆变器2输出电压；
图31仿真工作模式4逆变器2输出电流；
图32仿真工作模式4逆变器2的有功功率；
图33仿真工作模式4逆变器2的无功功率；
图34仿真工作模式4容错逆变器1与逆变器2之间的环流；
由于1s之前，两个逆变器都工作在正常状态，仿真结果与工作模式1相同，逆变器之间没有环流。当容错逆变器1在1s时刻发生故障，容错重构使得逆变器1继续运行，因此逆变器1的输出电压和输出电流在故障前后都保持正常，由于逆变器2工作在正常状态，因此逆变器2的输出电压和输出电流波形正常，并且功率均分，前1s之前无环流，后1s，稍有小幅环流。
从上述仿真结果分析，可知由于逆变器1具有容错功能，工作模式3的仿真结果与工作模式2的仿真结果类似。工作模式4的仿真结果与工作模式1的仿真结果类似。这说明了容错逆变器1发生故障重构后，保证了微网系统至少有一个逆变器在正常工作或带故障工作，大大提高了微网系统的可靠性。