m为正极，η为负极，整流级和S n。开通，其他开关单元关断，逆变级编号k = 2的开关管开通，编号k = 1的部分中Suml、Svml、Swm^ffi，Sunl、Svnl、Swn^lfi ;切换后m为负极，η为正极，整流级Sna和S?。开通，其他开关单元关断，逆变级编号k= 1的开关管开通，编号k = 2的部分中Sun2、Svn2、Swn2开通，S um2、Svm2、Swm2关断。切换过程分为如下几个步骤:
[0022]1)获取切换指令的瞬时，关断和S nc；
[0023]2)延迟▲1待5?*和5?。完全关断后，开通3_、^、51?1。此时逆变级开关管全部开通。
[0024]3)再延迟Λ t，关断Sun2、Svn2、Swn2。此时逆变级构造成一个新的零矢量，与直流母线正负极对调前的零矢量等效。
[0025]4)再延迟Δ t，等待Sun2、Svn2、Swn2完全关断后，开通S jP S nco获得期望的整流级矢量。
[0026]其中，At与开关管的开关特性有关，可与变换器系统设定的开关死区相同。其他情形可以此类推。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]1)通过容错调制方式使全双向开关型双级矩阵变换器在整流级发生单管故障或部分双管故障时，能够将发生故障的双向开关单元从电路中隔离而继续运行，而且整体系统无需降额运行，输出电压和输入电流的波形不受影响，最大电压传输比也不降低。
[0029]2)通过合理安排切换步骤，保证了正常调制方式和容错调制方式之间相互切换的安全性和可靠性。
[0030]3)采用本发明的容错控制方法，提高了双级矩阵变换器的容错运行能力，具有重要的实际应用意义。
【附图说明】
[0031]图1是全双向开关型双级矩阵变换器的拓扑结构示意图，其中，(a)共射极，(b)共集电极；
[0032]图2是正常调制方式下整流级双向开关单元和逆变级开关管的驱动波形示意图；
[0033]图3是正常调制方式下输出电压电流、输入电压电流和直流母线电压波形；
[0034]图4是Sma发生开路故障后，整流级双向开关单元和逆变级开关管驱动波形示意图；
[0035]图5是Sma和Snb发生开路故障后，整流级双向开关单元和逆变级开关管驱动波形示意图；
[0036]图6是Sma发生开路故障后，容错运行方式下直流母线电压波形；
[0037]图7是Sma和Snb发生开路故障后，容错运行方式下直流母线电压波形；
[0038]图8是正常调制方式和容错调制方式之间切换时，驱动波形的变化示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0040](一 )全双向开关型双级矩阵变换器的拓扑结构介绍
[0041 ] 全双向开关型双级矩阵变换器的主功率电路由整流级、直流母线和逆变级依次连接而成，如图1所示。其中，输入三相用a、b、c表示，输出三相用U、v、w表示；直流母线的两极分别记为m极和η极，其正负方向可根据实际运行需要进行调整；整流级是由6个双向开关单元所组成的三相桥式电路，每个双向开关可采用共射极或共集电极反向串联的2个IGBT构成，整流级6个双向开关单元可用符号= a，b，c ；j = m，n)表示，意即联接输Λ i相与直流j极的双向开关单元；逆变级也是由6个双向开关单元所组成的三相桥式电路，每个双向开关亦可采用共射极或共集电极反向串联的2个IGBT构成，逆变级6个双向开关单元可用符号SmG.= m，η ;1 = u，V，w ;k = 1，2)表示，意即联接直流j极与输出1相的双向开关单元中第k个单向IGBT开关管，并将集电极-射极方向与m极-η极方向一致的IGBT的编号设定为k = 1，相反的设定为k = 2。
[0042]( 二)正常运行方式
[0043]对矩阵变换器采用整流级无零矢量的双空间矢量法进行调制。当所有开关管都能正常工作时，设定直流母线的m为正极，η为负极，令逆变级编号k = 2的6个开关管保持导通状态；整流级6个开关单元和逆变级编号为1的6个开关管根据双空间矢量法经典公式所计算得到的占空比进行调制。由于采用整流级无零矢量的方式，因此每个调制周期内，Sni和Sni(i = a，b，c)中有且仅有一个占空比为零。
[0044]设输入频率和输出频率分别为50Hz和60Hz，则在正常调制方式下，双级矩阵变换器的整流级双向开关单元和逆变级单向开关管的驱动波形如图2所示。从图中可以看出，整流级每个双向开关单元都按照“常闭一PWM斩波一常开一PWM斩波”的规律变化，各相驱动波形互差120°，逆变级编号k = 2的开关管始终开通，编号k = 1的开关管进行PWM斩波调制。此时，输出电压电流、输入电压电流和直流母线电压波形如图3所示。其中，负载电流正弦，直流母线电压始终为正，且呈现经典的6脉波扇形波形。
[0045](三)单管故障时的容错运行方式
[0046]不失一般性，设SM发生开路故障并被从电路中隔离。在运行过程中的某个调制周期内，若按照正常调制方式时Sm的占空比为零，则继续按照正常方式对全双向开关型双级矩阵变换器进行调制；若按照正常调制方式时S^J]占空比大于零，对应此时SJ勺占空比一定为零，则在这整个调制周期内将直流母线电压设定的正负方向对调，弥补SmJ]开路故障。调整后整流级双向开关单元S?b和S ?。的占空比分别等于调整前S na、Snb和S n。的占空比，而调整后的Sna、SnjP Sn。的占空比等于调整前和S?J勺占空比，特别地，调整后Sm的占空比为零，将其切除对输出电压和输入电流的调制无影响；同时令逆变级编号k= 1的6个开关管切换为全部开通的状态，逆变级编号k = 2的6个开关管进行斩波调制，调整后 Sun2、Svn2、Swn2、Sm2、S-和 S _2的占空比分别等于调整前 S _、Svnil、S^、Sunl、Svnl和 S wnl的占空比。
[0047]图4给出了 Sm发生开路故障后，整流级双向开关单元和逆变级开关管驱动波形。从图中可以看出，Sm的驱动信号始终保持关断状态，其他相的开关管驱动信号相应调整以补偿的开路故障。逆变级编号k = 1和编号k = 2的两组开关管的调制方式与发生故障的开关管所在输入相的输入电压即ua的极性有关:当ua>0时，编号k = 1的开关管常通，编号k = 2的开关管进行PWM调制；当ua〈0时，编号k = 2的开关管常通，编号k = 1的开关管进行PWM调制。两种调制方式随着交流电压的极性变化而交替进行，其持续时间相同。此时，输出电压电流、输入电压电流与正常运行方式下是一致的，直流母线电压波形如图6所示。从图中可见，直流母线一半时间为负向电压，包络线仍呈扇形。
[0048](四)双管故障时的容错运行方式
[0049]不失一般性，设Sm和Snb发生开路故障并被从电路中隔离。在运行过程中的每个调制周期开始时刻之前，需提前判断:若按照正常调制方式，该周期内调制过程所需的两个整流级空间矢量是否需要开通或S nb，根据判断结果，可分为三种情形:
[0050]1)两个整流级空间矢量中，Sm和S nb都不需要开通
[0051]在该调制周期内继续采用正常调制方式，即设定m为正极，η为负极，逆变级编号k=2的6个开关管保持导通状态；整流级6个开关单元和逆变级编号为1的6个开关管根据双空间矢量法经典公式所计算得到的占空比进行调制。
[0052]2)两个整流级空间矢量均需要Sm或S nb (其中之一或全部)开通
[0053]显然，在该调制周期内Sm和Snb的占空比大于零，相应的Sna或S的占空为零。在整个调制周期内对调直流母线m...