[發明專利]三電平逆變器開路故障容錯控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011285212.0
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112217410B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 彭濤;陶宏偉;徐琰淞;廖菁;楊超;樊欣宇;陽春華;陳志文;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/32;H02M7/521;H02P27/08;H02P21/14;H02P21/24
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

本發明涉及電路故障容錯控制領域，公開一種三電平逆變器開路故障容錯控制方法及系統，提高系統的可靠性和安全性。本發明方法包括以下步驟：S1：建立逆變器開關信號與評價函數的關系，構建基于有限集模型預測控制的評價函數，確定正常運行情況下可選逆變器輸出電壓矢量集合，實現正常運行情況下三電平逆變器有限集模型預測控制；S2：分別分析各類開路故障對逆變器輸出電壓矢量的影響，確定開路故障后受影響的、可用的逆變器輸出電壓矢量；S3：當發生開路故障時，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，使用有限集模型預測控制，選擇使評價函數最小的值所對應的脈沖控制信號，實現容錯控制。

技術領域

本發明涉及電路故障容錯控制領域，尤其涉及一種三電平逆變器開路故障容錯控制方法及系統。

背景技術

三電平逆變器是一種常用的電力變換裝置，可以將直流電轉換為三相交流電，常用于牽引傳動控制系統和可再生能源轉換系統，這些應用場景都需要逆變器具有很高的可靠性和安全性，但逆變器中功率器件和二極管在高壓、高頻和大電流的條件下長時間不間斷運行，容易發生故障，統計顯示，電力變換裝置最容易發生故障的就是功率器件，在許多應用場合都占到系統故障總數的50％左右。功率器件故障主要包括開路故障和短路故障，對于短路故障，系統中多會加入快速熔斷器進行保護，當發生短路故障時，熔斷器會以極快的速度熔斷，進而轉變成了開路故障情形；當發生開路故障時，如果得不到及時處理，其鄰近的功率器件會承受更大的電壓和電流，容易導致二次故障，嚴重影響變流器乃至電力變換系統運行可靠性和安全性。因此，急需一種容錯控制方法，在變流器發生開路故障時進行容錯控制，以提高整個系統的可靠性和安全性。

發明內容

本發明主要目的在于公開一種三電平逆變器開路故障容錯控制方法及系統，提高系統的可靠性和安全性。

為達上述目的，一種三電平逆變器開路故障容錯控制方法，包括以下步驟：

S1：建立逆變器開關信號與評價函數的關系，構建基于有限集模型預測控制的評價函數，確定正常運行情況下可選逆變器輸出電壓矢量集合，實現正常運行情況下三電平逆變器有限集模型預測控制；

S2：分別分析各類開路故障對逆變器輸出電壓矢量的影響，確定開路故障后受影響的、可用的逆變器輸出電壓矢量；

S3：當發生開路故障時，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，使用有限集模型預測控制，選擇使評價函數最小的值所對應的脈沖控制信號，實現容錯控制。

可選的，所述開路故障包括鉗位二極管開路故障、變流橋臂外側功率器件開路故障和變流橋臂內側功率器件開路故障中的至少一種。

優選地，針對變流橋臂外側功率器件開路故障，所述步驟S3還包括：結合使用有限集模型預測控制與弱磁控制，實現容錯控制。針對變流橋臂內側功率器件開路故障，所述步驟S3還包括：在去除受影響的電壓矢量之前，使用晶閘管將發生開路故障的功率器件短接，并在選擇使評價函數最小的值所對應的脈沖控制信號后，結合使用有限集模型預測控制與弱磁控制，實現容錯控制。

本發明具有以下有益效果：

采用的有限集模型預測控制概念直觀、易于建模、無需精確模型和復雜控制參數設計，對克服工業控制過程中的非線性及不確定性等問題有非常好的效果，而且易于增加約束、動態響應快、魯棒性強。基于有限集模型預測控制能夠對逆變器各類開路故障等進行容錯控制，并在功率器件開路故障時，還能進一步結合弱磁控制進行容錯控制，提高了系統的可靠性和安全性。

下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明優選實施例的針對三電平逆變器開路故障容錯控制方法流程圖；