[發(fā)明專利]一種級(jí)聯(lián)型五電平逆變器的容錯(cuò)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011074573.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112152497B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王天真;趙子逸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;H02M1/32
• 代理公司: 上海互順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發(fā)明披露一種級(jí)聯(lián)型五電平逆變器的容錯(cuò)控制方法。其包括增加開(kāi)關(guān)支路和相電壓重構(gòu)。增加開(kāi)關(guān)支路后的基本模塊包括：第一H橋模塊和第二H橋模塊，第一H橋模塊包含4個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管，2個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，1個(gè)隔離開(kāi)關(guān)。第二H橋也包含4個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)，2個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，1個(gè)隔離開(kāi)關(guān)。兩個(gè)H橋電源之間包含1個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)。H橋故障后，增加的開(kāi)關(guān)支路隔離對(duì)應(yīng)故障橋并將其健康電源串聯(lián)至健康橋。在隔離故障橋后對(duì)相參考電壓進(jìn)行重構(gòu)，完成容錯(cuò)控制。本發(fā)明可以用于高壓大功率，無(wú)法進(jìn)行降電壓容錯(cuò)的場(chǎng)合，可以在保持電壓峰值不變的情況下進(jìn)行降電平容錯(cuò)，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于級(jí)聯(lián)型逆變器容錯(cuò)控制技術(shù)，具體涉及一種級(jí)聯(lián)型五電平逆變器的容錯(cuò)控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)χ懈邏捍蠊β势骷男枨笥l(fā)強(qiáng)烈，而多電平逆變器以其開(kāi)關(guān)損耗較小，輸出電能質(zhì)量較高，應(yīng)力低等特點(diǎn)在工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。因?yàn)榧?jí)聯(lián)型逆變器是由具有獨(dú)立直流電源的H橋作為基本功率單元級(jí)聯(lián)而成的，不存在直流電容分壓的均壓?jiǎn)栴}，所以在工業(yè)中受到了廣泛的應(yīng)用。

但是在實(shí)際的工業(yè)操作中，級(jí)聯(lián)型逆變器中大量的H橋會(huì)增加其所包含開(kāi)關(guān)器件發(fā)生故障的概率，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在逆變器供電系統(tǒng)的故障中，開(kāi)關(guān)器件的故障高達(dá)83％。當(dāng)級(jí)聯(lián)型逆變器被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)工程中時(shí)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)造成工廠停產(chǎn)，更嚴(yán)重還會(huì)造成災(zāi)難性事故，給企業(yè)甚至整個(gè)社會(huì)帶來(lái)難以估計(jì)的損失。因此，在工業(yè)操作中逆變器的容錯(cuò)控制必不可少。在目前現(xiàn)有的逆變器容錯(cuò)控制方法中，主要通過(guò)隔離整個(gè)故障H橋來(lái)進(jìn)行容錯(cuò)控制，如下附圖1 所示，當(dāng)某一H橋發(fā)生故障后，隔離開(kāi)關(guān)Si,(i＝1,2)將整個(gè)故障H橋隔離進(jìn)行容錯(cuò)操作^[1]，但這種容錯(cuò)控制方法對(duì)故障橋的健康電源利用率較低，并且不適用于對(duì)容錯(cuò)后滿載運(yùn)行要求嚴(yán)格的應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述所提到的問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)新型的提供一種針對(duì)級(jí)聯(lián)型五電平逆變器的容錯(cuò)控制方法，利用PWM波形重構(gòu)算法，實(shí)現(xiàn)切除故障橋后保持總參考電壓峰值不變的容錯(cuò)控制。本發(fā)明最重要的部分是可以在級(jí)聯(lián)型五電平逆變器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上增加開(kāi)關(guān)支路，發(fā)生故障后可以對(duì)故障橋進(jìn)行隔離并保留故障橋健康電源，以及對(duì)逆變器相參考電壓進(jìn)行重構(gòu)：

1.級(jí)聯(lián)型五電平逆變器由第一H橋模塊和第二H橋模塊串聯(lián)而成，第一H橋模塊為4個(gè)編號(hào)為H1S1、H1S2、H1S3、H1S4的IGBT 開(kāi)關(guān)管H橋式連接組成，第二H橋模塊為4個(gè)編號(hào)為H2S1、 H2S2、H2S3、H2S4的IGBT開(kāi)關(guān)管H橋式連接組成，在級(jí)聯(lián)型五電平逆變器上增加開(kāi)關(guān)支路，在第一H橋模塊的電源兩端增加 2個(gè)編號(hào)為R1,R2的單刀雙擲開(kāi)關(guān)，在輸出端增加1個(gè)編號(hào)為G1 的隔離開(kāi)關(guān)；在第二H橋模塊的電源兩端增加2個(gè)編號(hào)為R'1,,, R'2的單刀雙擲開(kāi)關(guān)，在輸出端增加1個(gè)編號(hào)為G2的隔離開(kāi)關(guān)；在兩個(gè)H橋電源之間增加1個(gè)編號(hào)為R3的繼電器開(kāi)關(guān)。上述的級(jí)聯(lián)H橋型五電平逆變器，各基本模塊采用相同的母線直流電壓。基本模塊中的開(kāi)關(guān)管采用通態(tài)壓降小，耐壓高的IGBT器件。

2.級(jí)聯(lián)H橋型逆變器中的開(kāi)關(guān)模塊分為故障隔離開(kāi)關(guān)Gi和串電壓開(kāi)關(guān)R1,R2,R'1,,R'2,R3。當(dāng)?shù)谝籋橋模塊發(fā)生故障時(shí)，G1,R1, R2,R3同時(shí)閉合，隔離第一H橋模塊并將其健康電源串聯(lián)至第二 H橋模塊，進(jìn)行容錯(cuò)操作；當(dāng)?shù)诙﨟橋模塊發(fā)生故障時(shí)，G2,R'1, R'2,R3同時(shí)閉合，隔離第二H橋模塊并將其健康電源串聯(lián)至第一H橋模塊，進(jìn)行容錯(cuò)操作。在容錯(cuò)過(guò)程中，逆變器H橋中與x 軸上方的三角載波進(jìn)行比較的參考電壓u_refi+由總相參考電壓u_refi和故障信號(hào)矩陣A(i)相加得到；逆變器H橋中與x軸下方的三角載波進(jìn)行比較的參考電壓u_refi-由總相參考電壓u_refi和故障信號(hào)矩陣A(i)相減得到：

其中，u_refi為總相參考電壓；A(i)為故障信號(hào)矩陣，由第i個(gè)H 橋的故障信號(hào)λ_i組成：,