[發(fā)明專利]一種升壓型三相電驅動器及其容錯控制方法

有效

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• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115149884B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 馮延暉;孔繁偉;邱穎寧
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P29/028
• 分類號: H02P29/028;H02P25/16;H02P27/08;H02P21/22
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發(fā)明公開了一種升壓型三相電驅動器及其容錯控制方法，依據(jù)系統(tǒng)運行情況調整相應的拓撲結構以及控制算法，故障后切換升壓型三相六開關拓撲為升壓型三相四開關拓撲；由原來的轉速環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)控制切換為電壓環(huán)，轉速環(huán)，電流環(huán)三環(huán)控制；重構單管或單相故障情況下的基本電壓矢量；采用4扇區(qū)劃分方式，對扇區(qū)進行劃分；從重構的基本電壓矢量中選擇作用矢量，并確定對應的作用時間；確定升壓型三相電驅動器重構拓撲后各開關管的導通時間；將開關管導通時間與三角載波進行調制，輸出開關管PWM脈沖信號，完成容錯控制。本發(fā)明可實現(xiàn)高電能質量、滿負荷的容錯運行，提高了升壓型電驅動器的可靠性。

技術領域

本發(fā)明屬于電驅動控制技術領域，具體涉及一種升壓型三相電驅動器及其容錯控制方法。

背景技術

一些儲能或發(fā)電裝置，如儲能電池、燃料電池、光伏發(fā)電裝置等是使用低壓電池構建的。要想獲得較高的電壓，一種方法是串聯(lián)連接以獲得所需的電壓。由于電池之間的差異和不同的工作條件，大量電池的串聯(lián)連接將增加系統(tǒng)的復雜性，并可能降低其性能。另一種方式是在DC源和驅動器之間使用DC-DC升壓轉換器，然后逆變?yōu)榻涣麟娨怨嶋H應用。此種需要額外升壓電路的系統(tǒng)稱之為兩級驅動器。根據(jù)所涉及的功率和電壓水平，采用兩級驅動器，會出現(xiàn)系統(tǒng)體積大、重量重、成本高和效率降低等問題。

具備升壓功能的單級DC-AC驅動器，在尺寸、成本、重量和整個系統(tǒng)的復雜性方面優(yōu)于兩級驅動器，是一種很好的替代方案。在高負荷、超負荷運行的情況下，功率開關管是變流器中最脆弱的部分，調查顯示在變流器系統(tǒng)中開關管的故障率已達到38%。為了避免重大事故和減少故障停機時間，盡可能恢復故障前的性能，必須要對升壓型三相電驅動系統(tǒng)進行容錯控制。

現(xiàn)有的具備升降壓功能的單級三相逆變器主要有Z源逆變器(ZSI)、降壓-升壓電壓源逆變器(BBVSI)、Y源逆變器(YSI)、分裂源逆變器(SSI)。SSI在這些拓撲中相比具有額外的優(yōu)勢。SSI與使用額外有源半導體開關的BBVSI相比，其僅使用二極管；與ZSI和YSI相比，其減少了無源元件的數(shù)量。SSI的橋上的電壓是恒定的，利用與常規(guī)三相電壓源逆變器(VSI)相同的調制方案即可實現(xiàn)控制。論文《Three-Phase Split-Source Inverter (SSI):Analysis and Modulation》分析了分裂源逆變器SSI的工作方式以及調制方法。但是目前并沒有研究針對于解決三相六開關分裂源逆變器的容錯技術。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提出了一種升壓型三相電驅動器及其容錯控制方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種升壓型三相電驅動器，直流側由兩個串聯(lián)電容C_f組成，兩電容的中點通過3個雙向晶閘管TR1、TR2、TR3分別連接到a、b、c三相繞組端，串聯(lián)電容的另一端分別連接三相橋臂a相、b相、c相；供電電源U_In負極連接三相橋臂a相、b相、c相的下橋臂，正極連接電感L1，電感L1另一端連接二極管D7、D8、D9的正極，二極管D7、D8、D9負極分別連接a、b、c三相繞組端；三相橋臂a相、b相、c相由六個IGBT功率開關管S1~S6以及與開關管并聯(lián)的六個二極管D1~D6組成，每相橋臂串聯(lián)2個快速熔絲，共有6個快速熔絲F1~F6；當驅動器某一橋臂功率器件發(fā)生短路故障時，對應快速熔絲熔斷，斷開故障橋臂；開路故障時，故障橋臂自動失效，停止輸入故障橋臂開關管驅動信號，同時打開相應的雙向晶閘管，切換系統(tǒng)為升壓型三相四開關拓撲結構。

進一步的，采用轉速外環(huán)，電流內環(huán)雙閉環(huán)運行，其中轉速環(huán)采集電機轉速，與參考轉速作差輸入PI調節(jié)器，輸出q軸電流參考值；電流環(huán)采集三相電流、電機電角度，經(jīng)過Park變換得到dq軸電流，分別與d、q軸電流參考值作差輸入PI調節(jié)器，輸出d、q軸電壓參考值，經(jīng)過Park逆變換得到α、β軸電壓參考值，輸入SVPWM控制模塊生成6路控制IGBT門極通斷的信號；