本发明属于非冗余容错控制，具体涉及一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法及系统。
背景技术：
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
2、深远海风力资源潜力巨大，其具有风速稳定、靠近电力负荷中心等优势，因而成为风力发电领域的研究热点。然而，由于其所处环境的复杂性和高昂的建设成本，海上风力资源的开发面临着严峻挑战。为了克服以上问题，提高海上风力发电系统的竞争力，关键是要提高单台风力发电机的发电容量，从而降低发电成本。为此，采用大容量海上风力发电机的趋势日益明显。随着风力发电机额定功率的稳步增长，单台变流器已无法满足功率要求。因此，风电变流器并联运行是提高风力发电系统容量和可靠性的有效方法。
3、海上环境条件恶劣，盐雾浓度高、湿度大、灾害性天气频发，严重影响电气设备的安全运行。随着风力发电系统容量的增加，风力发电机的故障率也随之增加。因此，提高风能变流系统的可靠性和可用性显得尤为重要。变流器故障的主要原因是绝缘栅双极晶体管(igbt)失效，而热应力对igbt失效有重大影响。风能的随机性和波动性导致风能变流器的输入功率大幅波动，从而导致igbt的热应力发生剧烈变化。此外，不同材料层之间热膨胀系数的差异也容易导致开路(oc)故障的发生。igbt的oc故障是风电变流器的主要故障类型。一般来说，由于功率器件中短路(sc)故障的快速演化，通过在变流器桥臂添加快速熔断器，sc故障可转化为oc故障。
4、oc故障一般不会立即导致变流器停机，但会使三相电流/电压恶化，以及中性点电压不平衡，进一步导致其他健康器件发生二次故障，甚至导致整个变流器停机。在传统的控制策略中，当并联变流系统中的单个变流器发生oc故障时，故障变流器会被完全切除，系统会以较低的功率水平运行。如果所有变流器都发生故障，作为一种保护措施，风力发电机将停机。因此，容错控制技术对于确保风电机组在组件故障时稳定运行至关重要。
5、容错控制通常分为冗余和非冗余两种。冗余方法通常通过添加冗余桥臂或虚拟桥臂来实现。在隔离故障桥臂后，投入冗余桥臂来替代故障桥臂，从而实现变流器故障后的重新配置。虚拟桥臂利用双向开关管将故障桥臂连接到直流母线的中点，变流器利用直流母线的虚拟桥臂以三相四桥臂模式运行，从而实现故障后桥臂电流的重新配置。在使用冗余桥臂和虚拟桥臂重新配置变流器时，每个相桥臂都需要配置双向开关管。非冗余方法在软件层面实现，无需投入额外硬件，是大容量功率变流器应用的首选。一般方法为整个变流器共享一个桥臂，变流器以五桥臂模式运行。共享桥臂需要配置一个辅助双向开关管，这实质上是一种硬件辅助、软件优化的控制方法。非冗余容错控制还可以通过修改svpwm算法的方式实现，其本质是修改电压矢量的补偿比。这种方法最大限度地提高了单个转换器的容错性能。其仅修改控制策略，因此对于并联变流系统来说并不是最佳选择。并联变流系统的容错控制一般通过电流重构的方式实现。故障发生后，根据桥臂的健康状态重新配置变流系统中每个变流器的相电流参考值。
6、以上方法大部分针对单个变流器，对于并联变流器系统来说并不是最佳选择，而上述针对并联变流器系统的方法需要切除整个故障桥臂，不能充分利用剩余的健康开关管。因此，有必要研究针对并联变流系统的经济成本更少、开关管寿命更均衡的新型非冗余容错控制策略。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，提出了一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法及系统，本发明不需要额外的冗余硬件，只需根据电网电流方向修改并联变流系统中每个变流器的相电流参考指令。无需断开故障桥臂，只需隔离故障开关管，使得剩余健康开关管被充分利用，进而使变流系统中所有开关管的寿命更加均衡，提高了海上风电变流系统的可靠性。
2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
3、一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，包括以下步骤：
4、判断是否存在开关管发生故障，如果是，则确定故障类型，否则通过模型预测控制策略确定开关控制指令；
5、如果故障类型为风电变流系统中所有变流器同一相上管均故障或者同一相下管均故障，则通过模型预测控制策略确定开关控制指令；否则：
6、确定每个开关管的状态健康函数；
7、根据各个开关管的状态健康函数以及电网电流流向，进行参考电流重构；
8、基于重构后的参考电流，进行电流滞环控制，得到每个开关管的开关控制指令。
9、作为可选择的实施方式，确定每个开关管的状态健康函数的具体过程包括：定义为hxy为x相上第y个开关管的健康状态函数：
10、
11、其中，gxy为x相第y个开关管。
12、作为可选择的实施方式，根据各个开关管的状态健康函数以及电网相电流流向，进行参考电流重构的具体过程包括：
13、构建参考相电流重构表，依据参考相电流流向以及各个开关管的健康状态函数，重构相应参考电流，所述参考相电流重构表为：
14、
15、
16、其中，ix为电网x相的相电流，分别为变流系统中单个变流器的x相参考相电流，hxy为x相上第y个开关管的健康状态函数，y取整数。
17、作为可选择的实施方式，进行电流滞环控制的具体过程包括：当电流达到边界条件时，改变变流器的开关状态，以确保电流处于滞环内部。
18、作为进一步的，将电流误差作为比较器的输入量，如果相电流误差高于上限值，则对应相桥臂上管关断，下管导通；如果相电流误差低于上限值，则对应相桥臂上管导通，下管关断。
19、作为可选择的实施方式，通过模型预测控制策略确定开关控制指令的具体过程包括：建立代价函数，对于采样时间下的变流器相电流公式进行离散化，通过前向欧拉逼近代替行相电流导数，并带入至变流系统的连续模型中，得到电流值。
20、作为可选择的实施方式，所述方法用于发电机侧或/和电网侧。
21、一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制系统，包括：
22、故障判断模块，被配置为判断是否存在开关管故障，如果是，则确定故障类型，否则通过模型预测控制策略确定开关控制指令；
23、类型判断模块，被配置为如果故障类型为风电变流系统中所有变流器同一相上管均故障或者同一相下管均故障，则通过模型预测控制策略确定开关控制指令；否则：
24、状态健康函数确定模块，被配置为确定每个开关管的状态健康函数；
25、参考电流重构模块，被配置为根据各个开关管的状态健康函数以及电网电流流向，进行参考电流重构；
26、电流滞环控制模块，被配置为基于重构后的参考电流，进行电流滞环控制，得到每个开关管的开关控制指令。
27、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
28、一种并联风电变流系统，包括上述非冗余容错控制系统，或施用上述方法对并联变流器进行控制。
29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30、本发明根据变流系统的健康状态，重新配置变流系统中每个变流器的三相电流参考指令。这种方法充分利用了所有健康开关管，使设备寿命更加均衡，进一步提高了系统的可靠性和可用性。仿真结果也验证了所提控制策略的有效性和可行性，能够实现风力发电机在运维不可及时的连续运行。
31、本发明基于软件层面，不需要冗余硬件，从而降低了经济成本。
32、本发明相比传统方法，不需要添加冗余器件，且无需切除整个故障桥臂，仅需将故障开关管隔离，提升了剩余健康开关管的利用率，使得变流系统中所有开关管的寿命更加均衡，进而促进变流系统使用寿命的提升。
33、本发明适用于变流系统单管故障、双管故障以及多相故障。由于无需修改控制策略，不受变流器拓扑限制；只需修改相电流参考指令，而无需修改变流器的控制算法。
34、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
1.一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，确定每个开关管的状态健康函数的具体过程包括：定义为hxy为x相上第y个开关管的健康状态函数：
3.如权利要求1所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，根据各个开关管的状态健康函数以及电网电流流向，进行参考电流重构的具体过程包括：
4.如权利要求1所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，进行电流滞环控制的具体过程包括：若当电流达到边界条件时，改变变流器的开关状态，以确保电流处于滞环内部。
5.如权利要求4所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，将电流误差作为比较器的输入量，如果相电流误差高于上限值，则对应相桥臂上管关断，下管导通；如果相电流误差低于上限值，则对应相桥臂上管导通，下管关断。
6.如权利要求1所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，通过模型预测控制策略确定开关控制指令的具体过程包括：建立代价函数，对于采样时间下的变流器相电流公式进行离散化，通过前向欧拉逼近代替行相电流导数，并带入至变流系统的连续模型中，得到电流值。
7.如权利要求1所述的一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制方法，其特征是，所述方法用于发电机侧或/和电网侧。
8.一种针对并联风电变流系统的非冗余容错控制系统，其特征是，包括：
9.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。
10.一种并联风电变流系统，其特征是，包括权利要求8所述的非冗余容错控制系统，或施用权利要求1-7中任一项所述的方法对并联变流器进行控制。
