[發(fā)明專利]全雙向開關(guān)型雙級矩陣變換器整流級降額容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610027647.2
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105576994B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓娜;周波;秦顯慧;石寶平
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M1/32
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及矩陣變換器整流級降額容錯方法，尤其涉及全雙向開關(guān)型雙級矩陣變換器整流級降額容錯控制方法，屬于電力電子器件容錯控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為空中交通工具和作戰(zhàn)單元，飛機在國民經(jīng)濟和國防事業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。自二十世紀80年代提出全電飛機概念以來，其以低重量、低成本、易維護等優(yōu)點受到了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛專注。近年來隨著多電及全電飛機的推廣，用電作動器取代傳統(tǒng)氣壓、液壓作動器已成為一種必然趨勢，而其可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全運行。高容錯電作動器通過及時診斷系統(tǒng)中的故障，并在故障后主動重構(gòu)系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，從而保證整個系統(tǒng)不損失性能或者損失部分性能指標(biāo)的情況下安全運行，成為近年來的研究熱點。

電機驅(qū)動系統(tǒng)(電作動器)通常由電機、功率變換器、傳感器以及控制器組成，每一部分故障都會影響系統(tǒng)的正常運行，直至系統(tǒng)癱瘓。針對電機本體故障，國內(nèi)外學(xué)者已研究多年，并形成了較為成熟的方法；而變換器中的功率器件及其驅(qū)動故障，學(xué)者們對其關(guān)注較少，其可靠性問題仍有待解決。

矩陣變換器作為一種全硅型交-交變換器，以其體積重量小、功率密度高、能量可雙向流動等優(yōu)點受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。為增加矩陣變換器-電機驅(qū)動系統(tǒng)可靠性，國內(nèi)外學(xué)者在變換器容錯和電機容錯兩方面均有研究。變換器容錯方面，現(xiàn)有容錯策略大多針對直接矩陣變換器，主要有修改調(diào)制策略和增加冗余器件兩種方法。但直接矩陣變換器無法發(fā)揮間接矩陣變換器箝位電路簡單、換流策略簡單的優(yōu)點，且現(xiàn)有容錯方法大多針對開關(guān)管的開路故障，與實際應(yīng)用中，變換器因過壓過流過熱等原因失效的大多為短路故障的現(xiàn)象不符。此外，現(xiàn)有容錯拓撲所能容錯的故障較為單一。因此，找到一種既能發(fā)揮雙級矩陣變換器的優(yōu)點又能實現(xiàn)開關(guān)管短路/開路等多種故障容錯的拓撲，并研究其容錯策略具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種全雙向開關(guān)型雙級矩陣變換器整流級降額容錯控制方法，針對整流級一個雙向開關(guān)單元短路或兩個同側(cè)雙向開關(guān)單元開路故障，通過適當(dāng)調(diào)整變換器的調(diào)制方式，使得系統(tǒng)能夠降額維持運行，保證系統(tǒng)輸入輸出特性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

全雙向開關(guān)型雙級矩陣變換器整流級降額容錯控制方法，所述全雙向開關(guān)型雙級矩陣變換器中，整流級為由六個雙向開關(guān)單元組成的三相橋式電路，逆變級為由六個雙向開關(guān)單元組成的三相橋式電路，每個雙向開關(guān)單元由兩個在發(fā)射極相連的單向開關(guān)管構(gòu)成；所述容錯控制方法為：

當(dāng)整流級中的一個雙向開關(guān)單元短路故障時，斷開與發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元連接在同一直流母線端的其它兩個雙向開關(guān)單元，同時斷開與發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元同相的另一雙向開關(guān)單元，利用整流級剩余兩個雙向開關(guān)單元進行開關(guān)切換實現(xiàn)容錯；根據(jù)輸入電流綜合矢量所處扇區(qū)的不同，容錯過程在一個調(diào)制周期內(nèi)有三種調(diào)制方式：

方式一：當(dāng)構(gòu)成上述扇區(qū)的兩個空間矢量所表示的開關(guān)狀態(tài)均為：發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元導(dǎo)通，保持整流級、逆變級各開關(guān)管驅(qū)動信號不變；

方式二：當(dāng)構(gòu)成上述扇區(qū)的兩個空間矢量所表示的開關(guān)狀態(tài)均為：與發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元同相的另一雙向開關(guān)單元導(dǎo)通，交換整流級各橋臂上下兩個雙向開關(guān)單元的驅(qū)動信號，同時，交換逆變級各橋臂四個開關(guān)管的驅(qū)動信號，具體為將各橋臂四個開關(guān)管自上而下編號為1-4，其中編號1和4的開關(guān)管交換驅(qū)動信號，編號2和3的開關(guān)管交換驅(qū)動信號；

方式三：當(dāng)構(gòu)成上述扇區(qū)的兩個空間矢量所表示的開關(guān)狀態(tài)為：其中一個空間矢量需要故障相兩個雙向開關(guān)單元均斷開，用除構(gòu)成上述扇區(qū)的兩個空間矢量之外的四個空間矢量中距無法實現(xiàn)的空間矢量最近的空間矢量替換無法實現(xiàn)的空間矢量，另一空間矢量保持不變；

替換后的空間矢量和保持不變的空間矢量中，其中一個所表示的開關(guān)狀態(tài)為：發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元導(dǎo)通，則在該空間矢量作用時，保持整流級、逆變級各開關(guān)管驅(qū)動信號不變；另一個所表示的開關(guān)狀態(tài)為：與發(fā)生故障的雙向開關(guān)單元同相的另一雙向開關(guān)單元導(dǎo)通，則在該空間矢量作用時，交換整流級各橋臂上下兩個雙向開關(guān)單元的驅(qū)動信號，同時，交換逆變級各橋臂四個開關(guān)管的驅(qū)動信號，具體為將各橋臂四個開關(guān)管自上而下編號為1-4，其中編號1和4的開關(guān)管交換驅(qū)動信號，編號2和3的開關(guān)管交換驅(qū)動信號。