一种电力电子设备及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子设备领域，尤其涉及一种电力电子设备及其控制方法。

背景技术：

因为电力电子技术使电能的应用变得更加灵活，多以目前已广泛应用于电力系统的发、输、配、用各个阶段，是未来电网发展升级中的重要技术。但是电力电子设备在使电网变得更加高效可控的同时，也带来了多个方面的潜在问题，例如设备可靠性问题：相比于由铁磁材料和绕组构成的传统电力设备，电力电子设备耐压与通流的承受能力较弱，在某些高压大功率应用场合，需要使用多个电力电子器件串并联才能满足需求；而在在高压大功率电力电子设备中，大量电力电子器件的使用，会造成设备可靠性的快速下降，因为每个元器件都可能发生故障，这就使得整体设备的可靠性降低。

现有技术中，由于环境、设计需求、成本等原因的限制，在无法进一步提高电力电子器件质量以及减少电力电子器件数量时，为保证设备的安全可靠运行，通常会在电力电子器件的额定需求数量的基础上增加冗余结构，使设备在部分元器件故障时，依然能正常运行。其中电力电子设备中常用的冗余拓扑结构如图1所示，虚线框内的子模块为冗余子模块，电力电子设备中的子模块中存在有多个电力电子器件，整体可以是全桥结构如图2所示，也可以是半桥结构如图3所示；当冗余子模块为图2或图3所示的结构时，图1中电力电子设备中的子模块连接关系或图4和图5所示，其余正常子模块连接关系类似，可以看出冗余子模块中的旁路开关闭合时可实现冗余子模块的旁路，冗余子模块中的旁路开关打开时可实现冗余子模块的投入。图1中的a相、b相、c相分别配置了冗余子模块，正常情况下冗余子模块中的旁路开关闭合处于旁路状态，当某个子模块发生故障时，故障子模块会被旁路，而后使对应相的冗余子模块额旁路开关打开使其投入对应相的回路，保证设备继续运行。但是现有技术中提供的这种冗余子模块的设计方案需要给电力电子设备的每一相都设置预设数量的冗余子模块，但是大多数故障情况只会使用到其中一相的冗余子模块，其余相的冗余子模块则处于旁路状态不予使用，这造成了冗余子模块的使用效率较低。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种电力电子设备及其控制方法，能够提高冗余子模块的利用效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种电力电子设备，包括：三相电源和至少四个子模块，至少四个子模块分为常态部和冗余部，常态部包括：至少一个a相常态子模块、至少一个b相常态子模块和至少一个c相常态子模块；冗余部包括至少一个冗余子模块；

至少一个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块的第一端连接三相电源的a相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接a相的第m个投入开关的第一端，a相的第m个投入开关的第二端连接a相的第m节点，a相的第m节点连接至少一个a相常态子模块中的最后一个a相常态子模块的第二端，m为正整数且m≥1；当a相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个a相常态子模块的第二端连接下一个a相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，a相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个a相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过a相的公共开关连接至公共节点；

至少一个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块的第一端连接三相电源的b相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接b相的第m个投入开关的第一端，b相的第m个投入开关的第二端连接b相的第m节点，b相的第m节点连接至少一个b相常态子模块中的最后一个b相常态子模块的第二端；当b相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个b相常态子模块的第二端连接下一个b相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，b相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个b相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过b相的公共开关连接至公共节点；

至少一个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块的第一端连接三相电源的c相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接c相的第m个投入开关的第一端，c相的第m个投入开关的第二端连接c相的第m节点，c相的第m节点连接至少一个c相常态子模块中的最后一个c相常态子模块的第二端；当c相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个c相常态子模块的第二端连接下一个c相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，c相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个c相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过c相的公共开关连接至公共节点；

当冗余部中冗余子模块的数量为N时，第n个冗余子模块的第二端通过n-g连线开关连接第g个冗余子模块的第一端，第n个冗余子模块的第二端还通过第n冗余开关连接公共节点，第N个冗余子模块的第二端连接公共节点；N为正整数且≥2，n为正整数且n∈(0，N)，g为正整数且g∈(n，N]。

示例性的，至少四个子模块中的子模块可以为全桥结构子模块，全桥结构子模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和极性电容；第一晶体管和第二晶体管的第一端均接极性电容的正极，第一晶体管的第二端连接第一节点，第二晶体管的第二端连接第二节点，第三晶体管的第一端连接第一节点，第四晶体管的第一端连接第二节点，第三晶体管和第四晶体管的第二端均连接极性电容的负极；第一节点连接旁路开关的第一端，第二节点连接旁路开关的第二端，旁路开关的两端分别为全桥子模块的第一端和第二端；第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管的第一段和第二端之间均通过二极管连接；第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管的栅极均连接至脉冲发生器的输出端。

示例性的，至少四个子模块中的子模块还可以为半桥结构子模块，半桥结构子模块包括：第一晶体管、第二晶体管和极性电容；第一晶体管的第一端连接极性电容的正极，第一晶体管的第二端连接第二晶体管的第一端，第二晶体管的第二端连接极性电容的负极；第二晶体管的第一端连接旁路开关的第一端，第二晶体管的第二端连接旁路开关的第二端，旁路开关的两端分别为全桥子模块的第一端和第二端；第一晶体管和第二晶体管的两端之间均通过二极管连接；第一晶体管和第二晶体管的栅极均连接至脉冲发生器的输出端。

需要说明的是，具体电力电子设备中的子模块结构需要根据实际情况设计，子模块可以为上述的全桥结构子模块，也可以为上述的半桥结构子模块，也可以为全桥结构和半桥结构混合在一起的其他结构子模块，此处并不做具体限制。

第二方面，提供一种第一方面提供的电力电子设备的控制方法，包括：获取电力电子设备的常态部中出现故障的子模块的信息；根据现故障的子模块的信息控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态，以使得冗余部中的冗余子模块投入电力电子设备的常态部中代替出现故障的子模块工作；投入开关包括a相的第m个投入开关、b相的第m个投入开关和c相的第m个投入开关，公共开关包括a相的公共开关、b相的公共开关和c相的公共开关，冗余开关包括第n冗余开关。

可选的，因为当电力电子设备中的任一相可以工作的子模块数量少于一个预设值时都会使整个电力电子设备停止工作，所以该控制方法还包括：当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的a相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第一预设值时，控制电力电子设备停止工作；当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的b相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第二预设值时，控制电力电子设备停止工作；当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的c相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第三预设值时，控制电力电子设备停止工作。

示例性的，根据出现故障的子模块的信息控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态，以使得冗余部中的冗余子模块投入电力电子设备的常态部中代替出现故障的子模块工作包括：

当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的a相常态子模块的数量为第四预设值时，控制出现故障的a相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的a相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第四预设值；

当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的b相常态子模块的数量为第五预设值时，控制出现故障的b相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的b相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第五预设值；

当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的c相常态子模块的数量为第六预设值时，控制出现故障的c相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的c相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第六预设值。

本发明实施例提供的电力电子设备及其控制方法，因为该电力电子设备包括：三相电源和至少四个子模块，至少四个子模块分为常态部和冗余部，常态部包括：至少一个a相常态子模块、至少一个b相常态子模块和至少一个c相常态子模块；冗余部包括至少一个冗余子模块；至少一个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块的第一端连接三相电源的a相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接a相的第m个投入开关的第一端，a相的第m个投入开关的第二端连接a相的第m节点，a相的第m节点连接至少一个a相常态子模块中的最后一个a相常态子模块的第二端，m为正整数且m≥1；当a相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个a相常态子模块的第二端连接下一个a相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，a相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个a相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过a相的公共开关连接至公共节点；至少一个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块的第一端连接三相电源的b相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接b相的第m个投入开关的第一端，b相的第m个投入开关的第二端连接b相的第m节点，b相的第m节点连接至少一个b相常态子模块中的最后一个b相常态子模块的第二端；当b相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个b相常态子模块的第二端连接下一个b相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，b相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个b相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过b相的公共开关连接至公共节点；至少一个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块的第一端连接三相电源的c相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接c相的第m个投入开关的第一端，c相的第m个投入开关的第二端连接c相的第m节点，c相的第m节点连接至少一个c相常态子模块中的最后一个c相常态子模块的第二端；当c相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个c相常态子模块的第二端连接下一个c相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，c相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个c相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过c相的公共开关连接至公共节点；当冗余部13中冗余子模块的数量为N时，第n个冗余子模块的第二端通过n-g连线开关连接第g个冗余子模块的第一端，第n个冗余子模块的第二端还通过第n冗余开关连接公共节点，第N个冗余子模块的第二端连接公共节点；N为正整数且≥2，n为正整数且n∈(0，N)，g为正整数且g∈(n，N]。所以当对该电力电子设备控制时，首先获取电力电子设备的常态部中出现故障的子模块的信息；而后可以根据现故障的子模块的信息控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态(打开或关闭)，以使得冗余部中的冗余子模块投入电力电子设备的常态部中代替出现故障的子模块工作，因为该电力电子设备结构可以得出通过对各个开关的控制可以使得每一个冗余子模块都可以代替任一相的常态子模块工作，也可以使得任意数量的冗余子模块代替同一相的常态子模块工作，也可以同时使的不同数量的冗余子模块代替不同相的常态子模块工作。这样以来，不论是任一相或多相同时出现故障，冗余子模块均可以及时投入到出现故障的一相中，不会出现如现有技术中每个冗余子模块只能在其对应的一相常态子模块出现故障时被使用的情况，如果某一相出现故障的常态子模块数量多于其对应的冗余子模块数量则会造成电力电子设备停止作，但此时其它相对应的冗余子模块确被空置没有使用，这造成了冗余子模块利用率很低；所以本发明实施例提供的方案提高了电力电子设备中冗余子模块的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种电力电子设备结构示意图；

图2为电力电子设备中子模块为全桥结构时的结构示意图；

图3为电力电子设备中子模块为半桥结构时的结构示意图；

图4为冗余子模块为全桥结构时现有技术中电力电子设备的结构示意图；

图5为冗余子模块为半桥结构时现有技术中电力电子设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电力电子设备结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的一种电力电子设备结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电力电子设备的控制方法流程示意图；

图9为本发明另一实施例提供的电力电子设备的控制方法流程示意图；

图10本发明又一实施例提供的一种电力电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

还需要说明的是，本发明实施例中，“的(英文：of)”，“相应的(英文：corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

现有的电力电子设备中的冗余子模块在电力电子设备出现故障时的使用效率低，造成了一些成本的浪费。

针对上述问题，参照图6所示，本发明实施例提供一种电力电子设备，包括：三相电源11和至少四个子模块，至少四个子模块分为常态部12和冗余部13，常态部包括：至少一个a相常态子模块、至少一个b相常态子模块和至少一个c相常态子模块；冗余部13包括至少一个冗余子模块；

至少一个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块的第一端连接三相电源11的a相输出端，冗余部13中第m个冗余子模块的第一端连接a相的第m个投入开关的第一端，a相的第m个投入开关的第二端连接a相的第m节点，a相的第m节点连接至少一个a相常态子模块中的最后一个a相常态子模块的第二端，m为正整数且m≥1；当a相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个a相常态子模块的第二端连接下一个a相常态子模块的第一端；当冗余部13中冗余子模块的数量大于等于两个时，a相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个a相常态子模块的第二端与冗余部13中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过a相的公共开关连接至公共节点；

至少一个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块的第一端连接三相电源11的b相输出端，冗余部13中第m个冗余子模块的第一端连接b相的第m个投入开关的第一端，b相的第m个投入开关的第二端连接b相的第m节点，b相的第m节点连接至少一个b相常态子模块中的最后一个b相常态子模块的第二端；当b相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个b相常态子模块的第二端连接下一个b相常态子模块的第一端；当冗余部13中冗余子模块的数量大于等于两个时，b相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个b相常态子模块的第二端与冗余部13中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过b相的公共开关连接至公共节点；

至少一个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块的第一端连接三相电源11的c相输出端，冗余部13中第m个冗余子模块的第一端连接c相的第m个投入开关的第一端，c相的第m个投入开关的第二端连接c相的第m节点，c相的第m节点连接至少一个c相常态子模块中的最后一个c相常态子模块的第二端；当c相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个c相常态子模块的第二端连接下一个c相常态子模块的第一端；当冗余部13中冗余子模块的数量大于等于两个时，c相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个c相常态子模块的第二端与冗余部13中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过c相的公共开关连接至公共节点；

当冗余部13中冗余子模块的数量为N时，第n个冗余子模块的第二端通过n-g连线开关连接第g个冗余子模块的第一端，第n个冗余子模块的第二端还通过第n冗余开关连接公共节点，第N个冗余子模块的第二端连接公共节点；N为正整数且≥2，n为正整数且n∈(0，N)，g为正整数且g∈(n，N]。

实际中高压大功率的电力电子设备其每一相的常态子模块数量都是大于一个的，冗余子模块的数量也是大于一个的，所以为了更清楚的说明上述实施例提供的电力电子设备的具体结构，以常态部包含三个a相常态子模块、三个b相常态子模块和三个c相常态子模块以及冗余部包含三个冗余子模块为例，本发明另一实施例提供的电力电子设备结构如图7所示，其连接关系如下：

三个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块121的第一端连接三相电源11的a相输出端，第二个a相常态子模块122的第一端连接第一个a相常态子模块121的第二端，第二个a相常态子模块122的第二端连接第三个a相常态子模块123的第一端，第三个a相常态子模块123的第二端连接a相的第一节点A，a相的第一节点A连接a相的第一个投入开关S1和节点开关S4的第一端，a相的第一个投入开关S1的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端，第一个冗余子模块131的第二端连接第一冗余开关S11的第一端，第一冗余开关S11的第二端连接公共节点O；

三个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块124的第一端连接三相电源11的b相输出端，第二个b相常态子模块125的第一端连接第一个常态子模块124的第二端，第二个b相常态子模块125的第二端连接第三个b相常态子模块126的第一端，第三个b相常态子模块126的第二端连接b相的第一节点B，b相的第一节点B连接b相的第一个投入开关S2和节点开关S5的第一端，b相的第一个投入开关S2的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端；

三个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块127的第一端连接三相电源11的c相输出端，第二个c相常态子模块128的第一端连接第一个常态子模块127的第二端，第二个c相常态子模块128的第二端连接第三个c相常态子模块129的第一端，第三个c相常态子模块129的第二端连接c相的第一节点C，c相的第一节点C连接c相的第一个投入开关S3和节点开关S6的第一端，c相的第一个投入开关S3的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端；

节点开关S4的第二端连接a相的第二节点D，a相的第二节点D连接节点开关S13和a相的第二投入开关S7的第一端，a相的第二投入开关S7的第二端连接第二个冗余子模块132的第一端，第二个冗余子模块132的第二端连接第二冗余开关S12的第一端，第二冗余开关S12的第二端连接公共节点O；节点开关S5的第二端连接b相的第二节点E，b相的第二节点E连接节点开关S14和b相的第二投入开关S8的第一端，b相的第二投入开关S8的第二端连接第二个冗余子模块132的第一端；节点开关S6的第二端连接c相的第二节点F，c相的第二节点F连接节点开关S15和c相的第二投入开关S9的第一端，a相的第二投入开关S9的第二端连接第二个冗余子模块132的第一端；

节点开关S13的第二端连接a相的第三节点G，a相的第三节点G连接a相的公共开关S21和a相的第三投入开关S16的第一端，a相的第三投入开关S16的第一端连接第三个冗余子模块133的第一端，第三个冗余子模块133的第二端连接公共节点O；节点开关S14的第二端连接b相的第三节点H，b相的第三节点H连接b相的公共开关S22和b相的第三投入开关S17的第一端，b相的第三投入开关S17的第一端连接第三个冗余子模块133的第一端；节点开关S15的第二端连接c相的第三节点I，c相的第三节点I连接c相的公共开关S23和c相的第三投入开关S18的第一端，c相的第三投入开关S18的第一端连接第三个冗余子模块133的第一端；

a相的公共开关S21、b相的公共开关S22和c相的公共开关S23的第二端均连接至公共节点；第一个冗余子模块131的第二端还通过1-2连线开关S10连接第二个冗余子模块132的第一端，第一个冗余子模块131的第二端还通过1-3连线开关S19连接第三个冗余子模块133的第一端；第二个冗余子模块132的第二端还通过2-3连线开关S20连接第三个冗余子模块133的第一端。

本发明实施例提供的电力电子设备，因为该电力电子设备包括：三相电源和至少四个子模块，至少四个子模块分为常态部和冗余部，常态部包括：至少一个a相常态子模块、至少一个b相常态子模块和至少一个c相常态子模块；冗余部包括至少一个冗余子模块；至少一个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块的第一端连接三相电源的a相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接a相的第m个投入开关的第一端，a相的第m个投入开关的第二端连接a相的第m节点，a相的第m节点连接至少一个a相常态子模块中的最后一个a相常态子模块的第二端，m为正整数且m≥1；当a相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个a相常态子模块的第二端连接下一个a相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，a相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个a相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过a相的公共开关连接至公共节点；至少一个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块的第一端连接三相电源的b相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接b相的第m个投入开关的第一端，b相的第m个投入开关的第二端连接b相的第m节点，b相的第m节点连接至少一个b相常态子模块中的最后一个b相常态子模块的第二端；当b相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个b相常态子模块的第二端连接下一个b相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，b相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个b相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过b相的公共开关连接至公共节点；至少一个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块的第一端连接三相电源的c相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接c相的第m个投入开关的第一端，c相的第m个投入开关的第二端连接c相的第m节点，c相的第m节点连接至少一个c相常态子模块中的最后一个c相常态子模块的第二端；当c相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个c相常态子模块的第二端连接下一个c相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，c相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个c相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过c相的公共开关连接至公共节点；当冗余部中冗余子模块的数量为N时，第n个冗余子模块的第二端通过n-g连线开关连接第g个冗余子模块的第一端，第n个冗余子模块的第二端还通过第n冗余开关连接公共节点，第N个冗余子模块的第二端连接公共节点；N为正整数且≥2，n为正整数且n∈(0，N)，g为正整数且g∈(n，N]。所以当对该电力电子设备控制时，在获取电力电子设备出现故障的常态子模块信息后，可以通过对各个开关的控制可以使得每一个冗余子模块都可以代替任一相的常态子模块工作，也可以使得任意数量的冗余子模块代替同一相的常态子模块工作，也可以同时使的不同数量的冗余子模块代替不同相的常态子模块工作。这样以来，不论是任一相或多相同时出现故障，冗余子模块均可以以及时投入到出现故障的一相中，不会出现如现有技术中每个冗余子模块只能在其对应的一相常态子模块出现故障时被使用的情况，如果某一相出现故障的常态子模块数量多于其对应的冗余子模块数量则会造成电力电子设备停止作，但此时其它相对应的冗余子模块确被空置没有使用，这造成了冗余子模块利用效率很低；所以本发明实施例提供的方案提高了电力电子设备中冗余子模块的利用率。

示例性的，参照图2所示，本发明实施例提供的电力电子设备中的至少四个子模块中的子模块可以为全桥结构子模块，全桥结构子模块包括：第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和极性电容C1；第一晶体管T1和第二晶体管T2的第一端均接极性电容C1的正极，第一晶体管T1的第二端连接第一节点A，第二晶体管T2的第二端连接第二节点B，第三晶体管T3的第一端连接第一节点A，第四晶体管T4的第一端连接第二节点B，第三晶体管T3和第四晶体管T4的第二端均连接极性电容C1的负极；第一节点A连接旁路开关K的第一端，第二节点B连接旁路开关K的第二端，旁路开关K的两端分别为全桥子模块的第一端和第二端；第一晶体管T1的第一段和第二端之间通过二极管D1连接，第二晶体管T2的第一段和第二端之间通过二极管D2，第三晶体管T3的第一段和第二端之间通过二极管D3，第四晶体管T4的第一段和第二端之间通过二极管D4连接；第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体管T4的栅极均连接至脉冲发生器的输出端。

示例性的，参照图3所示，本发明实施例提供的至少四个子模块中的子模块还可以为半桥结构子模块，半桥结构子模块包括：第一晶体管T1、第二晶体管T2和极性电容C1；第一晶体管T1的第一端连接极性电容C1的正极，第一晶体管T1的第二端连接第二晶体管T2的第一端，第二晶体管T2的第二端连接极性电容C1的负极；第二晶体管T2的第一端连接旁路开关K的第一端，第二晶体管T2的第二端连接旁路开关K的第二端，旁路开关K的两端分别为全桥子模块的第一端和第二端；第一晶体管T的两端通过二极管D1连接，第二晶体管T2的两端之间通过二极管D2连接；第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极均连接至脉冲发生器的输出端。

需要说明的是，当上述的全桥子模块或上述的半桥子模块中的旁路开关K打开时相应的子模块则投入电力电子设备使用，当旁路开关K闭合时相应的子模块则被旁路；另外，全桥或半桥子模块中每个晶体管的栅极均连接脉冲发生器的输出端，用于接收脉冲信号进入工作状态，当某个全桥或半桥子模块出现故障时，其旁路开关被闭合的同时脉冲发生器会停止向该全桥子模块输出脉冲信号。

需要说明的是，具体电力电子设备中的子模块结构需要根据实际情况设计，子模块可以为上述的全桥结构子模块，也可以为上述的半桥结构子模块，也可以为全桥结构和半桥结构混合在一起的其他结构子模块，此处并不做具体限制。

参照图8所示，本发明实施例还提供一种用于控制上述实施例提供的电力电子设备的控制方法，包括：

801、获取电力电子设备的常态部中出现故障的子模块的信息。

802、根据现故障的子模块的信息控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态，以使得冗余部中的冗余子模块投入电力电子设备的常态部中代替出现故障的子模块工作。

具体的，投入开关包括a相的第m个投入开关、b相的第m个投入开关和c相的第m个投入开关，公共开关包括a相的公共开关、b相的公共开关和c相的公共开关，冗余开关包括第n冗余开关。

参照图9所示，本发明实施例还提供另一种电力电子设备的控制方法作为对上述实施例提供的电力电子设备的控制方法更进一步的补充说明，该方法包括：

901、获取电力电子设备的常态部中出现故障的子模块的信息。

9021、当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的a相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第一预设值时，控制电力电子设备停止工作。

实际中，当电力电子设备中的a相可以正常工作的子模块(a相常态子模块和冗余子模块)数量小于一个最低值时，为了避免出现事故，会停止整个电力电子设备的工作，例如停掉电源或者打开所有子模块的旁路开关等。

9022、当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的b相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第二预设值时，控制电力电子设备停止工作。

实际中，当电力电子设备中的b相可以正常工作的子模块(b相常态子模块和冗余子模块)数量小于一个最低值时，为了避免出现事故，会停止整个电力电子设备的工作，例如停掉电源或者打开所有子模块的旁路开关等。这里的第二预设值可以和第一预设值相等也可以不等，具体情况需要依据电力电子设备的a相和b相的负载需求等。

9023、当根据出现故障的子模块的信息确定常态部中没有出现故障的c相常态子模块和冗余子模块的数量和小于第三预设值时，控制电力电子设备停止工作。

实际中，当电力电子设备中的c相可以正常工作的子模块(c相常态子模块和冗余子模块)数量小于一个最低值时，为了避免出现事故，会停止整个电力电子设备的工作，例如停掉电源或者打开所有子模块的旁路开关等。这里的第三预设值可以和第一预设值或第二预设值相等也可以不等，具体情况需要依据电力电子设备的a相、b相和c相的负载需求等。

9031、当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的a相常态子模块的数量为第四预设值时，控制出现故障的a相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的a相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第四预设值。

9032、当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的b相常态子模块的数量为第五预设值时，控制出现故障的b相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的b相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第五预设值。

9033、当根据出现故障的子模块的信息确定电力电子设备的中出现故障的c相常态子模块的数量为第六预设值时，控制出现故障的c相常态子模块处于旁路状态，控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态以使代替出现故障的c相常态子模块工作的冗余子模块的数量为第六预设值。

需要说明的是，参照图2或图3所示，将子模块中的旁路开关闭合便可使其处于旁路状态，将子模块中的旁路开关打开便可以使其处于工作状态，a相常态子模块、b相常态子模块、c相常态子模块和冗余子模块皆如此。

为了能够最大程度的提高冗余子模块的使用效率以及节省成本，需要x个冗余子模块便可以通过控制投入开关、节点开关、公共开关和冗余开关的状态(打开状态和关闭状态)可以决定投入冗余子模块的数量为x，同时可以做到将x个冗余子模块投入到电力电子设备的不同相中代替其出现故障的常态子模块的工作。

具体的，本发明实施提供的电力电子设备的控制方法可以作为一种计算机程序加载在电力电子设备中的控制装置中实施，也可以是人为发现故障后人为控制，对于控制方法的具体实施主体不做具体限制。

本发明实施例提供的电力电子设备的控制方法，由于该电力电子设备包括：三相电源和至少四个子模块，至少四个子模块分为常态部和冗余部，常态部包括：至少一个a相常态子模块、至少一个b相常态子模块和至少一个c相常态子模块；冗余部包括至少一个冗余子模块；至少一个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块的第一端连接三相电源的a相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接a相的第m个投入开关的第一端，a相的第m个投入开关的第二端连接a相的第m节点，a相的第m节点连接至少一个a相常态子模块中的最后一个a相常态子模块的第二端，m为正整数且m≥1；当a相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个a相常态子模块的第二端连接下一个a相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，a相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个a相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过a相的公共开关连接至公共节点；至少一个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块的第一端连接三相电源的b相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接b相的第m个投入开关的第一端，b相的第m个投入开关的第二端连接b相的第m节点，b相的第m节点连接至少一个b相常态子模块中的最后一个b相常态子模块的第二端；当b相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个b相常态子模块的第二端连接下一个b相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，b相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个b相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过b相的公共开关连接至公共节点；至少一个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块的第一端连接三相电源的c相输出端，冗余部中第m个冗余子模块的第一端连接c相的第m个投入开关的第一端，c相的第m个投入开关的第二端连接c相的第m节点，c相的第m节点连接至少一个c相常态子模块中的最后一个c相常态子模块的第二端；当c相常态子模块的数量大于等于两个时，上一个c相常态子模块的第二端连接下一个c相常态子模块的第一端；当冗余部中冗余子模块的数量大于等于两个时，c相的相邻两个节点之间的连接线上均设置有节点开关；最后一个c相常态子模块的第二端与冗余部中最后一个冗余子模块的第一端的连接节点还通过c相的公共开关连接至公共节点；当冗余部中冗余子模块的数量为N时，第n个冗余子模块的第二端通过n-g连线开关连接第g个冗余子模块的第一端，第n个冗余子模块的第二端还通过第n冗余开关连接公共节点，第N个冗余子模块的第二端连接公共节点；N为正整数且≥2，n为正整数且n∈(0，N)，g为正整数且g∈(n，N]。所以当对该电力电子设备控制时，在获取电力电子设备出现故障的常态子模块信息后，可以通过对各个开关的控制可以使得每一个冗余子模块都可以代替任一相的常态子模块工作，也可以使得任意数量的冗余子模块代替同一相的常态子模块工作，也可以同时使的不同数量的冗余子模块代替不同相的常态子模块工作。这样以来，不论是任一相或多相同时出现故障，冗余子模块均可以以及时投入到出现故障的一相中，不会出现如现有技术中每个冗余子模块只能在其对应的一相常态子模块出现故障时被使用的情况，如果某一相出现故障的常态子模块数量多于其对应的冗余子模块数量则会造成电力电子设备停止作，但此时其它相对应的冗余子模块确被空置没有使用，这造成了冗余子模块利用效率很低；所以本发明实施例提供的方案提高了电力电子设备中冗余子模块的利用率。

示例性的，为了更清楚的说明本发明实施例提供的电力电子设备的控制方法，参照图10所示，以常态部包含两个a相常态子模块、两个b相常态子模块和两个c相常态子模块以及冗余部包含两个冗余子模块为例对本发明实施例提供的电力电子设备的控制方法进行说明；图10所示的电力电子设备的连接关系具体为：

两个a相常态子模块中的第一个a相常态子模块121的第一端连接三相电源11的a相输出端，第二个a相常态子模块122的第一端连接第一个a相常态子模块121的第二端，第二个a相常态子模块122的第二端连接a相的第一节点A，a相的第一节点A连接a相的第一个投入开关S1和节点开关S4的第一端，a相的第一个投入开关S1的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端，第一个冗余子模块131的第二端连接第一冗余开关S13的第一端，第一冗余开关S13的第二端连接公共节点O；

两个b相常态子模块中的第一个b相常态子模块123的第一端连接三相电源11的b相输出端，第二个b相常态子模块124的第一端连接第一个b相常态子模块123的第二端，第二个b相常态子模块124的第二端连接b相的第一节点B，b相的第一节点B连接b相的第一个投入开关S2和节点开关S5的第一端，b相的第一个投入开关S2的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端；

两个c相常态子模块中的第一个c相常态子模块125的第一端连接三相电源11的c相输出端，第二个c相常态子模块126的第一端连接第一个c相常态子模块125的第二端，第二个c相常态子模块126的第二端连接c相的第一节点C，c相的第一节点C连接c相的第一个投入开关S3和节点开关S6的第一端，c相的第一个投入开关S3的第二端连接第一个冗余子模块131的第一端；

节点开关S4的第二端连接a相的第二节点D，a相的第二节点D连接a相的公共开关S12和a相的第二投入开关S7的第一端，a相的第二投入开关S7的第二端连接第二冗余子模块132的第一端，第二冗余子模块132的第二端连接公共节点O；节点开关S5的第二端连接b相的第二节点E，b相的第二节点E连接b相的公共开关S13和a相的第二投入开关S8的第一端，a相的第二投入开关S8的第二端连接第二冗余子模块132的第一端；节点开关S6的第二端连接c相的第二节点F，c相的第二节点F连接c相的公共开关S14和c相的第二投入开关S9的第一端，c相的第二投入开关S9的第二端连接第二冗余子模块132的第一端；

a相的公共开关S12、b相的公共开关S13和c相的公共开关S14的第二端均连接至公共节点；第一个冗余子模块131的第二端还通过1-2连线开关S10连接第二个冗余子模块132的第一端。

图10所示的电力电子设备的控制方法包括：

(1)当确定a相常态子模块121和122中任一个出现故障时，控制出现故障的a相常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S4、b相的第一投入开关S2、c相的第一投入开关S3和1-2连接开关S10打开，控制a相的第一投入开关S1、第一冗余开关S11、节点开关S5、节点开关S6、b相的公共开关S13和c相的公共开关S14闭合；或者，控制出现故障的a相常态子模块的旁路开关闭合，控制a相的公共开关S12、b相的第二投入开关S8、c相的第二投入开关S9、第一冗余开关S11、1-2连接开关S10打开，控制节点开关S4、节点开关S5、节点开关S6、b相的公共开关S13、c相的公共开关S14和a相的第二投入开关S7闭合。

(2)当确定b相常态子模块123和124中任一个出现故障时，控制出现故障的b相常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S5、a相的第一投入开关S1、c相的第一投入开关S3和1-2连接开关S10打开，控制b相的第一投入开关S2、第一冗余开关S11、节点开关S4、节点开关S6、b相的公共开关S12和c相的公共开关S14闭合；或者，控制出现故障的b相常态子模块的旁路开关闭合，控制b相的公共开关S13、a相的第二投入开关S7、c相的第二投入开关S9、第一冗余开关S11、1-2连接开关S10打开，控制节点开关S4、节点开关S5、节点开关S6、a相的公共开关S12、c相的公共开关S14和b相的第二投入开关S8闭合。

(3)当确定c相常态子模块125和126中任一个出现故障时，控制出现故障的c相常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S6、a相的第一投入开关S1、b相的第一投入开关S2和1-2连接开关S10打开，控制c相的第一投入开关S3、第一冗余开关S11、节点开关S5、节点开关S4、b相的公共开关S13和a相的公共开关S12闭合；或者，控制出现故障的c相常态子模块的旁路开关闭合，控制c相的公共开关S14、a相的第二投入开关S7、b相的第二投入开关S8、第一冗余开关S11和1-2连接开关S10打开，控制节点开关S4、节点开关S5、节点开关S6、a相的公共开关S12、b相的公共开关S13和c相的第二投入开关S9闭合。

(4)当确定确定a相常态子模块121和122均出现故障时，控制a相常态子模块121和122的旁路开关均闭合，控制节点开关S4、第一冗余开关S11、b相的第一投入开关S2、c相的第一投入开关S3、a相的第二投入开关S7或公共开关S12、b相的第二投入开关S8和c相的第二投入开关S9打开，控制a相的第一投入开关S1、1-2连线开关S10、节点开关S5、节点开关S6、b相的公共开关S13和c相的公共开关S14闭合。

(5)当确定确定b相常态子模块123和124均出现故障时，控制b相常态子模块123和124的旁路开关均闭合，控制节点开关S5、a相的第一投入开关S1、c相的第一投入开关S3、第一冗余开关S11、a相的第二投入开关S7、b相的第二投入开关S8或公共开关S13以及c相的第二投入开关S9打开，控制b相的第一投入开关S2、1-2连线开关S10、节点开关S4、节点开关S6、a相的公共开关S12和c相的公共开关S14闭合。

(6)当确定确定c相常态子模块125和126均出现故障时，控制c相常态子模块125和126的旁路开关均闭合，控制节点开关S6、a相的第一投入开关S1、b相的第一投入开关S2、第一冗余开关S11、a相的第二投入开关S7、c相的第二投入开关S9或公共开关S14以及b相的第二投入开关S8打开，控制c相的第一投入开关S3、1-2连线开关S10、节点开关S4、节点开关S5、a相的公共开关S12和b相的公共开关S13闭合。

(7)当确定a相常态子模块中任一个和b相常态子模块中任一个出现故障时，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S4、b相的公共开关S13、b相的第一投入开关S2、c相的第一投入开关S3、1-2连线开关S10、a相的第二投入开关S7和c相的第二投入开关S9打开，控制节点开关S5、节点开关S6、c相的公共开关S14、a相的第一投入开关S1、b相的第二投入开关S8和第一冗余开关S11闭合；或者，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S5、a相的公共开关S12、a相的第一投入开关S1、c相的第一投入开关S3、1-2连线开关S10、b相的第二投入开关S8和c相的第二投入开关S9打开，控制节点开关S4、节点开关S6、c相的公共开关S14、b相的第一投入开关S2、a相的第二投入开关S7和第一冗余开关S11闭合。

(8)当确定a相常态子模块中任一个和c相常态子模块中任一个出现故障时，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S4、c相的公共开关S14、c相的第一投入开关S3、b相的第一投入开关S2、1-2连线开关S10、a相的第二投入开关S7和b相的第二投入开关S8打开，控制节点开关S5、节点开关S6、b相的公共开关S13、a相的第一投入开关S1、c相的第二投入开关S9和第一冗余开关S11闭合；或者，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S6、a相的公共开关S12、a相的第一投入开关S1、b相的第一投入开关S2、1-2连线开关S10、b相的第二投入开关S8和a相的第二投入开关S7打开，控制节点开关S4、节点开关S5、b相的公共开关S13、c相的第一投入开关S3、a相的第二投入开关S7和第一冗余开关S11闭合。

(9)当确定c相常态子模块中任一个和b相常态子模块中任一个出现故障时，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S5、c相的公共开关S14、c相的第一投入开关S3、a相的第一投入开关S1、1-2连线开关S10、a相的第二投入开关S7和b相的第二投入开关S8打开，控制节点开关S4、节点开关S6、a相的公共开关S12、b相的第一投入开关S2、c相的第二投入开关S9和第一冗余开关S11闭合；或者，控制出现故障的常态子模块的旁路开关闭合，控制节点开关S6、b相的公共开关S13、b相的第一投入开关S2、a相的第一投入开关S1、1-2连线开关S10、c相的第二投入开关S9和a相的第二投入开关S7打开，控制节点开关S4、节点开关S5、a相的公共开关S12、c相的第一投入开关S3、b相的第二投入开关S8和第一冗余开关S11闭合。

本发明实施例提供的电力电子设备的控制方法可参照上述控制方法的描述，只要控制方法中通过各类开关的控制可以使得出现故障的常态子模块可以被冗余子模块所代替即可。

实际中，因为本发明实施例提供的如图6所示的方案会使一部分冗余子模块上的连接线过于密集复杂，所以本发明实施例提供的如图6所示的冗余部中的每一个冗余子模块在实际中可以设置为一个冗余子部，每一个冗余子部可以包含多个冗余子模块，这样的话虽然使得同一冗余子部中的冗余子模块只能投入到同一相中，一定程度上降低了每一个冗余子模块的利用率，但是这样可以降低本发明实施例提供的如图6所示的方案中冗余子模块的连接关系的复杂度。

需要说明的是，本发明实施例所表述的部分仅为实际中电力电子设备结构中的一部分，其具体结构可以是MMC结构等，此处不对电力电子设备的具体结构做限制，只要电力电子设备中包含本发明实施例中所表述的结构则均为本发明实施例的保护范围。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。