一种T型三电平逆变器的容错控制方法技术

本发明专利技术涉及一种T型三电平逆变器的容错控制方法。该T型三电平逆变器的容错控制方法，包括如下步骤：步骤S1，计算并分析出T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件；步骤S2，根据不同的内管故障状况，设定多个容错控制策略；步骤S3，基于保持中点电压平衡的必要条件，在不同的故障条件下，分析多个的容错控制策略对中点电压的控制能力；步骤S4，在不同故障状况下，根据所述容错控制策略的控制能力进行容错控制；该T型三电平逆变器的容错控制方法，保证了T型三电平逆变器内管故障时的稳定容错运行。

【技术实现步骤摘要】
一种T型三电平逆变器的容错控制方法
本专利技术涉及T型三电平逆变器内管故障的容错控制方法，具体涉及一种T型三电平逆变器的容错控制方法。
技术介绍
近年来，可再生能源一体化的快速发展对高效率、低谐波注入以及小型并网变换器提出了很高的要求。此外，还需要考虑功率因数(powerfactor，PF)、总谐波失真(totalharmonicdistortion，THD)和效率等主要设计因素，其中效率是最为重要的因素。而三电平拓扑在THD和效率方面表现出了优异的性能，已在各种功率领域得到了广泛应用。三电平逆变器的拓扑可以分为中点钳位型和H桥级联型两类。中点钳位型拓扑又分为二极管钳位型、飞跨电容型和T型中点钳位型。最近，T型三电平逆变器被提出用于高效率和低电压的领域。同时，在容错方面，T型拓扑相对于中点钳位型拓扑更具有竞争优势，因为每相的内管只影响T型拓扑中的一种开关状态[O]，而T型拓扑中的另外两种开关状态[P]和[N]却不会受到内管影响。T型三电平逆变器的安全可靠运行与开关管的正常运行密切相关，而开关管易发生故障。当开关管发生故障，如IGBT，可分为开路故障和短路故障。任何短路故障通常都是灾难性的，它可能是由于高温，局部热失控，错误的驱动信号，或某些组件故障导致的，当发生短路故障时，必须立即将故障组件与系统隔离。而开路故障可能是由于热循环或振动导致相关模块中的连接线断裂引起的，这种故障也可能是由栅极驱动器故障或焊点断裂引起的。与短路故障相比，开路故障不一定要立即关闭设备或系统，但它们可能会在被解决之前降低系统性能。针对T型三电平逆变器的开路故障，有两种容错控制策略可采用。其中一种是通过添加附加元素来实现容错控制的，然而，这并不经济。另一种容错控制策略是通过改变调制算法来实现的，该方法的关键问题是解决中性点位置的波动问题。目前，国内外学者研究的重点主要集中在T型TLI在非故障状态下的中性点波动，而对T型TLI在故障状态下的中性点波动的研究相对较少。对于T型三电平逆变器，当外管发生开路故障时，只能在低调制度情况下采用容错控制策略来避免电流畸变。此外，由于没有可替代的电压矢量，中点电压很难进行调整。因此，本专利技术主要针对T型TLI逆变器内管的开路故障。而当内管发生开路故障时，不仅会造成输出电流和电压的畸变，还会造成中点电压的不平衡。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题，提供了一种T型三电平逆变器的容错控制方法，用于解决逆变器单相、两相和三相内管OC故障下的中点电压平衡问题。同时，给出了两种容错控制策略在不同OC故障条件下的适用范围，以确定容错控制策略能否处理特定的故障。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种T型三电平逆变器的容错控制方法，包括如下步骤：步骤S1，计算并分析出T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件；步骤S2，根据不同的内管故障状况，设定多个容错控制策略；步骤S3，基于保持中点电压平衡的必要条件，在不同的故障条件下，分析多个的容错控制策略对中点电压的控制能力；步骤S4，在不同故障状况下，根据步骤S3中得到的容错控制策略的控制能力，选择控制策略。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S1，计算分析T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件具体为：步骤1.1，中点电流iNP会随着共模电压ucom的变化而变化。在一个控制周期内，由iNP引起的中点电压变化量ΔuNP为：其中C1和C2是直流侧的分压电容，TS为一个控制周期。令和分别为中点电流的最大值和最小值，在一个开关周期内若满足时，则至少存在一个ucom，可使iNP＝0，则ΔuNP＝0。步骤1.2，在一个基波周期的初始时刻，中点电压是平衡的，如果在该基波周期的结束时刻，中点电压仍能保持平衡状态，无论其如何变化，中点在该基波周期内能够维持中点电压不变，这是确保中点电压仅存在交流波动而无直流偏移的必要条件，定义如下函数：上述函数中，代表了在一个基波周期内能够使中点电压最大降低或者以最小上升的能力；代表了在一个基波周期内能够使中点电压最大上升或者以最小下降的能力。当时，按照一定规则注入ucom，可使中点电压在一个基波周期的开始时刻和结束时刻保持不变作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S2，根据不同内管故障状况采用两种容错控制策略，具体为：当某相的一个内管发生开路故障时，可以采用两种调制方法。(1)无论该相哪个内管发生开路故障，均使该相工作在两电平模式，非故障相工作于三电平模式，称这种调制策略为2L/3LFTC；(2)该相在电流正常半周工作于三电平模式，而故障半周工作于两电平模式，非故障相工作于三电平模式，称这种调制策略为2L+3L/3LFTC。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S3，分析两种控制策略在不同故障条件下，对中点电压的控制能力，具体为：步骤3.1、单相或者多相内管发生开路故障时，采用2L/3LFTC，中点电压仅可能存在交流波动，不会出现逐渐增大的直流偏移。此时中点电压主要是由正常相来控制。当三相内管都发生开路故障时，在2L/3LFTC下T型三电平逆变器将完全退化为两电平逆变器，丧失了控制中点电压的能力。在这种情况下，无法通过注入ucom来解决中点电压的直流偏移问题。步骤3.2、当单相或者多相内管发生OC故障时，采用2L+3L/3LFTC下的情况较多，具体分为：(1)单相内管故障(SA3)；(2)两相同方向内管故障(SA3和SB3)；(3)两相反方向内管故障(SA3和SB2)；(4)三相中两相同方向内管，一相反方向内管故障(SA3、SB3和SC2)；(5)三相同方向内管故障(SA3、SB3和SC3)。虽然没有列出所有内管的开路故障情况，但其它情况可以通过对偶性得到。除了在两相反方向内管故障(SA3和SB2)时，和在整个调制度m和功率因数范围内的分布满足因此仅在故障情况(3)时，2L+3L/3LFTC可以无条件使用，而在其他故障状态下，该方法都是需要考虑使用条件的。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S4，在不同故障状况下，根据所述容错控制策略的控制能力进行容错控制，具体包括：当故障情况(1)时，仅在低高m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略；在低低m、高低m以及高高m的情况中，选择采用2L/3LFTC策略或2L+3L/3LFTC策略；当故障情况(2)时，在低低m、低高m以及高高m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略；在高低m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略或2L+3L/3LFTC策略；当故障情况(3)时，在低低m、低高m、高低m以及高高m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略或2L+3L/3LFTC策略；当故障情况(4)时，在低高m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略；在低低m、高低m以及高高m的情况下，选择采用2L/3LFTC策略或2L+3L/3LFTC策略；在故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种T型三电平逆变器的容错控制方法，包括如下步骤：/n步骤S1，计算并分析出T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件；/n步骤S2，根据不同的内管故障状况，设定多个容错控制策略；/n步骤S3，基于保持中点电压平衡的必要条件，在不同的故障条件下，分析多个的容错控制策略对中点电压的控制能力；/n步骤S4，在不同故障状况下，根据所述容错控制策略的控制能力进行容错控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种T型三电平逆变器的容错控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，计算并分析出T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件；
步骤S2，根据不同的内管故障状况，设定多个容错控制策略；
步骤S3，基于保持中点电压平衡的必要条件，在不同的故障条件下，分析多个的容错控制策略对中点电压的控制能力；
步骤S4，在不同故障状况下，根据所述容错控制策略的控制能力进行容错控制。


2.根据权利要求1所述的T型三电平逆变器的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S1，计算分析T型三电平逆变器在一个开关周期和基波周期内保持中点电压平衡的必要条件具体为：
步骤1.1，中点电流iNP会随着共模电压ucom的变化而变化，在一个控制周期内，由iNP引起的中点电压变化量ΔuNP为：



其中C1和C2是直流侧的分压电容，TS为一个控制周期，令和分别为中点电流的最大值和最小值，在一个开关周期内若满足时，则至少存在一个ucom，可使iNP＝0，则ΔuNP＝0；
步骤1.2，在一个基波周期的初始时刻，中点电压是平衡的，如果在该基波周期的结束时刻，中点电压仍能保持平衡状态，无论其如何变化，中点在该基波周期内能够维持中点电压不变，这是确保中点电压仅存在交流波动而无直流偏移的必要条件，定义如下函数式：



其中，代表了在一个基波周期内能够使中点电压最大降低或者以最小上升的能力；代表了在一个基波周期内能够使中点电压最大上升或者以最小下降的能力；
当时，注入ucom，可使中点电压在一个基波周期的开始时刻和结束时刻保持不变


3.根据权利要求2所述的T型三电平逆变器的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S2，在不同故障条件下，分析两个的容错控制策略对中点电压的控制能力，具体为：
当某相的一个内管发生开路故障时，设置两种容错控制策略对中点电压进行控制，其中，两种容错控制策略包括2L/3LFTC控制策略和2L+3L/3LFTC控制策略：
所述2L/3LFTC控制策略具体为：无论该相哪...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢旭，殷阿明，董德余，董福仁，蒋保林，王正东，陶学银，王大鹏，
申请(专利权)人：安徽中能电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34