三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构，包括备用H桥单元与三相级联型逆变控制模块，每相级联型逆变控制模块包括多个H桥单元，每两个相邻的H桥单元通过常闭的级联开关级联，并通过常开的共地开关接地，三相级联型逆变模块的末级H桥单元分别通过三个快速熔断器与三个机电式继电器连接备用H桥单元。此外，还提供了一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法。上述三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及控制方法，根据诊断出的不同故障类别制定并执行相应混合容错控制策略，保持了多电平逆变器运行的连续性，提高了系统的稳定性和可靠性。高了系统的稳定性和可靠性。高了系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子技术中的三相级联型多电平逆变器领域，特别是涉及一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，多电平逆变器在电力工业领域有广泛的应用前景，特别是在中压电机驱动器、静止同步补偿器、可再生能源等高功率领域广受关注。这是由于与其他功率器件相比，多电平逆变器具有高电压运行能力，并且，具有谐波失真小、对半导体器件的应力小、开关损耗低、电磁干扰低以及模块化的系统配置等特性。
[0003]然而，由多电平逆变器组成的功率器件往往需要大量的电源开关和电气元件，使系统发生故障的概率也随之增大，极大地削弱了系统的稳定性和可靠性。功率器件的故障可能导致整个系统的崩溃，这对工业生产十分不利，将直接造成经济损失。因此，在发生故障的情况下，尽可能保持多电平逆变器运行的连续性，逆变器的容错控制十分必要。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对多电平逆变器造成的系统稳定性和可靠性的问题，提供一种可提高系统稳定性和可靠性的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及其控制方法。
[0005]一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构，包括备用H桥单元与三相级联型逆变控制模块，每相级联型逆变控制模块包括多个H桥单元，每两个相邻的H桥单元通过常闭的级联开关级联，并通过常开的共地开关接地，所述三相级联型逆变模块的末级H桥单元分别通过三个快速熔断器与三个机电式继电器连接所述备用H桥单元。
[0006]进一步的，所述H桥单元具有左桥臂与右桥臂，所述H桥单元的左桥臂引出第一端子，所述H桥单元的右桥臂引出第二端子，并通过所述级联开关连接相邻H桥单元的左桥臂，所述相邻H桥单元的左桥臂与右桥臂分别引出第三端子与第四端子，所述第一端子、第二端子与第三端子通过第一单刀三掷开关引出重组H桥单元的输出端子，所述第二端子、第三端子与第四端子通过第二单刀三掷开关引出所述重组H桥单元的另一输出端子；所述H桥单元的接地端通过所述共地开关连接所述相邻的H桥单元的接地端。
[0007]一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法，包括以下步骤：
[0008]对逆变器的三相输出进行故障诊断，并确定故障类别；
[0009]根据所述故障类别制定并执行相应的混合容错控制策略。
[0010]进一步的，所述故障类别包括：
[0011]类别I：发生单故障；
[0012]类别II：发生相继故障；
[0013]类别III：在一个H桥单元同时发生双故障；
[0014]类别IV：在相邻H桥单元同时发生双故障；与
[0015]类别V：在不相邻H桥同时发生双故障。
[0016]进一步的，所述控制策略包括：
[0017]策略I：备用替换法，旁路故障H桥单元，替换成备用H桥单元；
[0018]策略II：零序电压注入法，旁路两个故障IGBT所属的故障H桥单元，将其中一个故障H桥单元替换成备用H桥单元，同时注入零序电压；与
[0019]策略III：半桥重组法，将两个故障H桥单元的健康半桥组合为一个重组H桥单元，且接入备用H桥单元；
[0020]进一步的，还包括以下步骤：
[0021]诊断故障IGBT数目及其所属的故障H桥单元；
[0022]若故障IGBT数目为一个，为故障类别I，则执行策略I；
[0023]若故障IGBT数目为两个，则判断两个故障IGBT的故障时序；
[0024]若故障时序为相继故障，为故障类别II，则执行策略II；
[0025]若故障时序为同时故障，则判断故障H桥单元数目；
[0026]若故障H桥单元数目为一个，为故障类别III，则执行策略I；
[0027]若故障H桥数目为两个，则判断两个故障H桥的位置关系；
[0028]若所述两个故障H桥单元的位置关系为相邻，为故障类别IV，则执行策略III；
[0029]若所述两个故障H桥单元的位置关系为不相邻，为故障类别V，则执行策略II。
[0030]进一步的，所述步骤将两个故障H桥单元的健康半桥组合成一个重组H桥单元的步骤包括以下步骤：
[0031]将两个故障的H桥单元中的左右桥臂分别引出对应的端子；
[0032]隔离故障IGBT，导通所述左右桥臂中的健康桥臂，其中，第i个H桥单元H
i
中每个IGBT发生故障时对应的故障桥臂重构公式为
[0033][0034][0035]式中，L1、L2分别为H桥单元的左、右桥臂，为正常运行时载波，S
ik
(k＝1,2,3,4)为第i个H桥单元H
i
的四个IGBT，N为级联的H桥单元的数目。
[0036]进一步的，所述步骤将两个故障H桥单元的健康半桥组合成一个重组H桥单元的步骤还包括以下步骤：
[0037]半桥重组，其中，
[0038]当H
i
左桥臂、H
i+1
任意桥臂发生故障时，H
i
健康桥臂的载波重构公式为
[0039][0040]当H
i
右桥臂、H
i+1
任意桥臂发生故障时，H
i+1
健康桥臂的载波重构公式为
[0041][0042]式中，L
healthy
和L
fault
分别为H桥单元的健康、故障桥臂，t为系统运行时间，t1为系
统开始容错时间。
[0043]进一步的，所述步骤接入备用H桥单元的步骤包括以下步骤：
[0044]备用替换，
[0045]将其中一个故障H桥单元的驱动信号给备用H桥单元，备用H桥单元作为新的H桥单元补偿其余缺失的电平，备用H桥单元的载波为
[0046][0047]式中，H
′
i+1
为新的H桥单元，t为系统运行时间，t1为系统开始容错时间。
[0048]上述三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构及控制方法，根据诊断出的不同故障类别制定并执行相应混合容错控制策略，保持了多电平逆变器运行的连续性，提高了系统的稳定性和可靠性。
附图说明
[0049]图1为三相级联型多电平逆变器系统容错控制原理图；
[0050]图2为三相级联型多电平逆变器故障类别的划分图；
[0051]图3为一个实施例的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构图；
[0052]图4为图3中相邻H桥单元的容错拓扑结构图；
[0053]图5为一个实施例的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法流程图；
[0054]图6为故障类别I下的相电压及线电压容错波形图；
[0055]图7为故障类别III下的相电压及线电压容错波形图；
[0056]图8为故障类别II下的相电压及线电压容错波形图；
[0057]图9为故障类别V下的相电压及线电压容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构，其特征在于，包括备用H桥单元与三相级联型逆变控制模块，每相级联型逆变控制模块包括多个H桥单元，每两个相邻的H桥单元通过常闭的级联开关级联，并通过常开的共地开关接地，所述三相级联型逆变模块的末级H桥单元分别通过三个快速熔断器与三个机电式继电器连接所述备用H桥单元。2.根据权利要求1所述的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构，其特征在于，所述H桥单元具有左桥臂与右桥臂，所述H桥单元的左桥臂引出第一端子，所述H桥单元的右桥臂引出第二端子，并通过所述级联开关连接相邻H桥单元的左桥臂，所述相邻H桥单元的左桥臂与右桥臂分别引出第三端子与第四端子，所述第一端子、第二端子与第三端子通过第一单刀三掷开关引出重组H桥单元的输出端子，所述第二端子、第三端子与第四端子通过第二单刀三掷开关引出所述重组H桥单元的另一输出端子；所述H桥单元的接地端通过所述共地开关连接所述相邻H桥单元的接地端。3.一种三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：对逆变器的三相输出进行故障诊断，并确定故障类别；根据所述故障类别制定并执行相应的混合容错控制策略。4.根据权利要求3所述的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述故障类别包括：类别I：发生单故障；类别II：发生相继故障；类别III：在一个H桥单元同时发生双故障；类别IV：在相邻H桥单元同时发生双故障；与类别V：在不相邻H桥同时发生双故障。5.根据权利要求4所述的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述控制策略包括：策略I：备用替换法，旁路故障H桥单元，替换成备用H桥单元；策略II：零序电压注入法，旁路两个故障IGBT所属的故障H桥单元，将其中一个故障H桥单元替换成备用H桥单元，同时注入零序电压；与策略III：半桥重组法，将两个故障H桥单元的健康半桥组合为一个重组H桥单元，且接入备用H桥单元。6.根据权利要求5所述的三相级联型多电平逆变器容错拓扑结构的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：诊断故障IGBT数目及其所属的故障H桥单元；若故障IGBT数目为一个，为故障类别I，则执行策略I；若故障IGBT数目为两个，则判断两个故障IGBT的故障时序；若故障时序为相继故障，为故障类别II，则执行策略II；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天真，杨惠文，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：