个功率单元被设置为输出零矢量或旁路，充当该相线的冗余功率单元(例如图3中由虚线框标识的功率单元)。每个相线中的冗余功率单元并非是固定的，该相线中任何一个功率单元都可以充当冗余功率单元。三个相线中共3m个活动的功率单元用于提供变频器的额定输出电压，而每个相线中的当前的冗余功率单元构成了冗余功率单元集合。如上文所讨论的，可以定期或实时地检测每一相线中各个活动的功率单元的健康状态，将在某个相线或每个相线中所检测到的健康状态差的功率单元旁路或设置为输出零矢量并加入到冗余单元集合中，并从冗余功率单元集合中选择与所检测到的健康状况差的功率单元在同一相线的功率单元，调整其输出电压，使之与其余活动功率单元共同提供变频器的额定输出电压。新加入冗余功率单元集合的功率单元，由于基本处于不工作的状态，所以可逐渐恢复到健康状况，这样不断地以健康状况较好的功率单元来代替健康状态差的功率单元来作为活动的功率单元以提供输出电压，既使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，又可改善了变频器的整体可靠性和稳定性。
[0042]应指出，图3所示的拓扑结构仅是用于举例说明而非对本发明的内容进行任何限制。本领域技术人员应理解，通过简单的调整和变化，可以将根据本发明实施例的管理变频器中功率单元的方法应用于各种带有冗余单元的功率单元级联型变频器中。
[0043]如上文所提到的，在上述的实施例中，功率单元的健康状况可以是通过与设定的健康阈值的比较来确定的。健康阈值的设定可以参考功率单元各器件供应商提供的标准来进行设置，也可以根据领域专家的经验知识来设置。设定健康阈值的基本原则是尽量确保能够在发生器件损坏之前触发或启动对功率单元的相应保护机制。可以采用很多种方法来检测或判断功率单元的健康状况，包括但不限于下文中将要介绍的检测功率单元健康状况的方法。
[0044]在一个实施例中，可以基于功率单元的温度数据来判断功率单元的健康状况。将通过温度传感器采集的功率单元的当前温度数据与设定的温度健康阈值相比较，如果超过该温度健康阈值，则确定该功率单元的健康状况已变差。温度健康阈值的设定可以参考功率单元各器件供应商提供的标准来进行设置。例如，功率单元中半导体器件IGBT容易发热且对温度敏感，可以参照IGBT厂商提供的可允许温度的最大值来设置该温度健康阈值。例如可将该温度健康阈值设置为略低于该最大值，以便及时地在该器件损坏之前采取相应的保护措施。或者也可以根据领域专家的知识和经验设置该功率单元可正常工作的温度范围，一旦功率单元的当前温度数据超出该范围，则判断该功率单元的健康状况变差。又例如，为了使判断方法不受某些可能的错误数据或某次偶然情况的影响，可以保存每次测量的功率单元的温度数据，统计一段时间内的该功率单元的温度数据的平均值，将该温度平均值与温度健康阈值相比较来判断该功率单元的健康状况，从而进一步提高判断的稳定性。
[0045]在又一个实施例中，可以基于从功率单元采集的温度数据、电压和电流数据的任意组合来判断功率单元的健康状况。如上文结合图1提到的，功率单元包括由整流二极管组成二极管整流桥、并联在直流母线上的大容量储能电容C、由多个IGBT组成逆变器等。功率单元中各器件有的对电流敏感，有的对电压敏感，有的对温度敏感，因此，可以通过电流传感器、电压传感器和温度传感器来检测功率单元中主要器件的电压、电流和/温度。对于每个组件，也可以使用多个传感器来监控它们的物理状态。可以分别对各个类型数据设置相应的健康阈值，健康阈值的设定可参考各器件产商提供的标准和领域专家的知识来进行设定，通常健康阈值应设定为略低于器件所允许的最大值，以便可以在发送器件损坏之前对该器件及时地采取相应的保护措施。在一个示例中，可以基于对功率单元所测量的某种类型的数据(例如，温度数据)超过了其相应健康阈值来判断该功率单元健康状况差。在又一个示例中，也可以基于对功率单元所测量的电压、电流和温度数据来综合判断功率单元的健康状况。例如，可以采用线性加权的方法，按照功率单元中各器件的易损程度来指定权重，例如IGBT器件由于频繁开关，其对温度敏感且容易损坏，可以将温度类型的指标权重设置为较高，电压和电流较低，各类型指标的权重之和为I。同时所测量的各类型数据进行归一化，例如如果所测量的电压没有超过其相应健康阈值，则取归一化后的电压测量值为0，如果所测量的电压超过其相应健康阈值，则取归一化后的电压测量值为:(V-Vci)Z^，其中V表示当前所测量的电压，Vtl表示电压健康阈值。其他类型的测量数据处理方式以此类推。这样对归一化后的各个类型的测量值进行线性加权可以得到对功率单元整体健康状况进行衡量的健康状况评分。以图3所示的拓扑结构为例，可以将每一相线中健康状况评分最大的功率单元判断为健康状况最差的功率单元。
[0046]在又一个实施例中，可以将从各个功率单元采集的数据保存到历史数据库中，然后采用滑动平均法基于一段时间内从功率单元采集的数据来判断功率单元的健康状况。这样可进一步提高检测的可靠性，尽量避免冗余集合中功率单元频繁发生变化。该实施例中，可以如上文所讨论的，基于某种类型的测量数据和设定的健康阈值进行判断，也可以综合各种类型的测量数据的综合考虑功率单元的健康状况。而不管在什么情况下，用于警告或旁路特定功率单元的阈值，甚至是旁路整个变频器的阈值可以采用现有的方法进行设置，以确保发生大的故障的情况下的保护机制。
[0047]图4为根据本发明的又一个实施例的的管理变频器中功率单元的设备40，其可以利用软件、硬件(集成电路、FPGA等)、或软硬件结合的方式实现。其中变频器包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元。如上文所讨论的，变频器中包含的多个功率单元分为活动功率单元集合和冗余功率单元集合。在活动功率单元集合中的每个功率单元都是活动的或有功的，变频器的控制器控制这些活动的功率单元的输出电压，以提供该变频器的额定输出电压。在冗余功率单元集合中的每个功率单元处于旁路状态或被设置为输出零矢量。所述功率单元管理设备40包括功率单元检测装置401和功率单元调整装置402，其中，功率单元检测装置401用于检测活动功率单元集合各个功率单元的健康状况的装置。功率单元调整装置402将功率单元检测装置401所检测到的健康状况差的功率单元加入冗余功率单元集合，并从冗余功率单元集合中选择功率单元加入活动功率单元集合的装置。该管理功率单元的设备可以定期地、周期性地或实时地监控各个功率单元的健康状态，在不可逆的损坏发生之前将功率单元与主电路分离，提高了功率单元的平均使用寿命，而且不影响变频器的额定电压输出。
[0048]在本发明的又一个实施例中，提供了一种功率单元级联型变频器，所述变频器包括控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，以及检测器。其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成活动功率单元集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成冗余功率单元集合。所述检测器根据如上文所述的方法监控或检测活动功率单元集合中各个功率单元的健康状况，当检测到健康状况差的功率单元，向控制器发送健康指示信号。变频器的控制器响应于来自检测器的该健康指示信号将所检测到的健康状况差的功率单元加入冗余功率单元集合，并从冗余功率单元集合中选择相应的功率单元加入活动功率单元集合。在一个实施例中，通过与各个功率单元集成的温度传感器、电压传感器和/或电流传感器来采集与功率单元相关的数据。控制器可以定期地指示进