[發(fā)明專利]三電平逆變器開(kāi)路故障容錯(cuò)控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011285212.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112217410B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭濤;陶宏偉;徐琰淞;廖菁;楊超;樊欣宇;陽(yáng)春華;陳志文;桂衛(wèi)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;H02M1/32;H02M7/521;H02P27/08;H02P21/14;H02P21/24
• 代理公司: 長(zhǎng)沙朕揚(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

1.一種三電平逆變器開(kāi)路故障容錯(cuò)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立逆變器開(kāi)關(guān)信號(hào)與評(píng)價(jià)函數(shù)的關(guān)系，構(gòu)建基于有限集模型預(yù)測(cè)控制的評(píng)價(jià)函數(shù)，確定正常運(yùn)行情況下可選逆變器輸出電壓矢量集合，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行情況下三電平逆變器有限集模型預(yù)測(cè)控制；

S2：分別分析各類開(kāi)路故障對(duì)逆變器輸出電壓矢量的影響，確定開(kāi)路故障后受影響的、可用的逆變器輸出電壓矢量；所述開(kāi)路故障包括鉗位二極管開(kāi)路故障、變流橋臂外側(cè)功率器件開(kāi)路故障和變流橋臂內(nèi)側(cè)功率器件開(kāi)路故障中的至少一種；

S3：當(dāng)發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，去除受影響的電壓矢量，更新可選逆變器輸出電壓矢量集合，使用有限集模型預(yù)測(cè)控制，選擇使評(píng)價(jià)函數(shù)最小的值所對(duì)應(yīng)的脈沖控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制；包括：針對(duì)變流橋臂外側(cè)功率器件開(kāi)路故障：結(jié)合使用有限集模型預(yù)測(cè)控制與弱磁控制，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制；和\或，針對(duì)變流橋臂內(nèi)側(cè)功率器件開(kāi)路故障：在去除受影響的電壓矢量之前，使用晶閘管將發(fā)生開(kāi)路故障的功率器件短接，并在選擇使評(píng)價(jià)函數(shù)最小的值所對(duì)應(yīng)的脈沖控制信號(hào)后，結(jié)合使用有限集模型預(yù)測(cè)控制與弱磁控制，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平逆變器開(kāi)路故障容錯(cuò)控制方法，其特征在于，所述S1具體包括：

S11：建立逆變器輸出電壓與逆變器開(kāi)關(guān)信號(hào)之間的關(guān)系，公式為：

其中，u₁為上側(cè)電壓源電壓，u₂為下側(cè)電壓源電壓，S_U、S_V、S_W分別是逆變器U、V、W三個(gè)變流橋臂的等效開(kāi)關(guān)信號(hào)，u_α是變流器輸出電壓在靜止坐標(biāo)系α軸上的分量，u_β是變流器輸出電壓在靜止坐標(biāo)系β軸上的分量；

S12：建立旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)電流與定子三相電流之間的關(guān)系，公式為：

其中，i_sd是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸電流分量，i_sq是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)q軸電流分量，i_u、i_v、i_w是定子三相電流；

S13建立牽引電機(jī)離散電流預(yù)測(cè)模型，公式為：

其中，ψ_sd(k)、ψ_sq(k)分別為k時(shí)刻d軸、q軸的磁鏈，可以通過(guò)磁鏈觀測(cè)器獲得，i_sd(k)、i_sq(k)分別是k時(shí)刻d軸、q軸電流分量，R_s、R_r分別是定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻，L_s和L_r分別是dq坐標(biāo)系下定子等效兩繞組的自感和轉(zhuǎn)子等效兩繞組的自感，ω_r(k)是k時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度，ω_sl(k)是k時(shí)刻轉(zhuǎn)差率，σ是電機(jī)漏磁系數(shù)，T_r是轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)，t_s是采樣時(shí)間；逆變器一共有R種輸出電壓矢量，δ＝1,2,3…R,分別是k+1時(shí)刻第δ個(gè)d軸、q軸輸出電壓矢量；分別是k+1時(shí)刻第δ個(gè)d軸、q軸電流分量；

S14：構(gòu)建有限集模型預(yù)測(cè)控制評(píng)價(jià)函數(shù)，公式為：

其中，分別是k時(shí)刻d軸、q軸電流參考值，g^δ(k)是第δ個(gè)輸出電壓矢量作用下的評(píng)價(jià)函數(shù)值，g^δ(k)越小，代表系統(tǒng)控制性能越好；

三電平逆變器輸出電壓矢量有R種，確定可選輸出電壓矢量集合為通過(guò)逐一比較集合中第δ種輸出電壓矢量對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)函數(shù)g^δ(k)計(jì)算值，選擇使g^δ(k)最小的值所對(duì)應(yīng)的脈沖控制信號(hào)，使用有限集模型預(yù)測(cè)控制，實(shí)現(xiàn)三電平逆變器控制。