一种变频器中对功率单元控制的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变频器中对功率单元控制的方法和装置，本发明专利技术的方法包括：获取变频器中各相出现故障的功率单元数量，按照所述故障的功率单元数量、变频器的电平数目运算出变频器可输出的最大合成电压矢量值，并在预定的角度坐标系下确定相应的电压矢量的集合；对输出的合成电压矢量按最大合成电压矢量进行限幅，按所述合成的电压矢量值或限幅后的电压矢量值在矢量的集合中选择出相应的电压矢量，对选择出的电压矢量获得所对应开关状态的顺序序列，从开关状态序列中选择出中间值、或顺序选择与中间值最接近的开关状态，按照选择出的开关状态控制所述变频器中所有功率单元。本发明专利技术公开了一种变频器中对功率单元控制的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频控制
，特别是指一种变频器中对功率单 元控制的方法和装置。
技术介绍
随着工业控制技术的发展，高压变频器，尤其是串联H桥结构的 高压变频器获得了越来越广泛的应用。以串联H桥结构的高压变频器为例，功率主电路共包括三相，每 相都由相同的功率单元组成，各功率单元的输出电压串联连接，并组 成该相电压的输出。这些功率单元在实际运行中可能出现故障。当个 别功率单元或大量功率单元出现故障时，目前普遍都直接控制变频器 停止工作，往往会对生产造成比较大的影响问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在于提供一种变频器中对功率单元控制的方法 和装置，以解决上述当功率单元出现故障后，变频器停止工作的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种变频器中对功率单元控制的方 法，包括获取变频器中各相出现故障的功率单元数量，按照所述故障的功 率单元数量、变频器的电平数目运算出变频器可输出的最大合成电压矢量值，并在预定的角度坐标系下确定相应的电压矢量的集合；对输出的合成电压矢量按最大合成电压矢量进行限幅，按所述合成的电压 矢量值或限幅后的电压矢量值在矢量的集合中选择出相应的电压矢 量，对选择出的电压矢量获得所对应开关状态的顺序序列，从开关状 态序列中选择出中间值、或顺序选择与中间值最接近的开关状态，按 照选择出的开关状态控制所述变频器中所有功率单元。优选的，从开关状态序列中选择出中间值或顺序选择与中间值最接近的开关状态的过程中还包括相应相的未出现故障的功率单元的数量，如果小于或等于，则选择该 开关状态。优选的，所述预定的角度为60度、90度、或120度。 本专利技术还提供一种变频器中对功率单元控制的装置，包括 检测单元，用于检测变频器中各相出现故障的功率单元数量； 运算单元，用于按照所述检测单元检测出的数量、变频器的电平数目运算出变频器可输出的最大合成电压矢量值，并在预定的角度坐标系下确定相应的电压矢量的集合；选择单元，用于对所输出的合成电压矢量按最大合成电压矢量进行限幅，按限幅后的电压矢量值在矢量的集合中选择出相应的电压矢量；映射单元，用于对所述选择单元选择出的电压矢量获得所对应开 关状态的顺序序列，从开关状态序列中选择出中间值、或顺序选择与中间值最接近的开关状态；控制单元，用于通过所述映射单元选择出的开关状态控制所述变 频器中各功率单元。优选的，所述选择单元还连接判断单元，用于判断选择出的开关 状态每相输出电平的绝对值是否小于或等于相应相的未出现故障的功 率单元的数量，如果小于或等于，则选择单元选择该开关状态。本专利技术的方法和装置，可在变频器的功率单元出现故障后，最大 限度控制变频器输出对称且幅值较高的三相电压，并避免输出电压不 对称导致驱动电机时，电机中产生较大的不对称电流引起的电机发热， 可有效提高电机寿命和生产效率；且控制步骤筒单，容易在各种处理 芯片中实现。附图说明图l是7电平串联H桥多电平高压变频器的拓朴结构图2是每个功率单元的结构图3是实施例的流程图4是高压变频器的电压空间矢量图5是功率单元出现故障后的电压空间矢量图6是出现故障功率单元后的输出A、 B相电压波形图7是出现故障功率单元后的输出B、 C相电压波形图8是出现故障功率单元后的输出线电压波形图9是装置实施例的结构图。具体实施例方式为清楚说明本专利技术中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图 详细说明。下面给出本专利技术方法的实施例，在该实施例中，以下以7电平串 联H桥多电平高压变频器为例进行说明。图1为7电平串联H桥多电 平高压变频器(以下简称7电平高压变频器)的拓朴结构图，为了简 化说明，只给出了逆变器部分且其输入为直流电源。其中，Al、 A2、 A3、 Bl、 B2、 B3、 Cl、 C2、 C3皆为功率单元；图2为每个功率单元逆 变部分的四个功率器件(例如，IGBT)和用来进行旁3各的双向可控硅。 该实施例的流程图可参见图3,包括步骤ll:在预定的角度坐标系下，通过变频器的电平数量、所述 角度获得相应的电压矢量分布的集合；该预定的角度坐标系可以采用60度、90度或120度等，但以60 度计算最为方便；对于7电平高压变频器的电压矢量分布的集合如图 4所示。图中每个交点都为一个可以输出的电压矢量。假设每个功率 单元的直流电压为单位值1，则每个单元在正常工作时能够输出的电 压包括+ 1、 0、 -1。在故障时，由于采用双向可控硅或其他器件对故 障单元进行旁路，则其输出仅为0。分析可知，对于7电平高压变频 器，每相能够输出的最大电压为3,即每个功率单元的输出都为+ 1;能够输出的最小电压为-3，即每个功率单元的输出都为-1。通过在6 0度坐标系中可以计算出每个电压空间矢量，= K cos(6(T - - K sin(6(T - 。 / 其中，^和^为合成电压矢量P在60度坐标系中的坐标值；r和^分 别是P的幅值和角度。可以用(《， / )表示每个电压矢量，其中a可 为1、 2、 ... 、 2m, / 也可为1、 2、…、2m。其中，m为(w— 1)/2， 而"为多电平变频器每相的电平数目，。步骤12:获取变频器中各相出现故障的功率单元数量，按照所述 故障的功率单元数量、变频器的电平数目运算出变频器可输出的最大 合成电压矢量值；在该实施例中，令『。、^和^分别为变频器输出A、 B、 C三相中 故障单元的数目。令F鐘=max ( pf。 + ^.， 『A + rc， )， 其中max ()为取最大值函数，例如max(3, 2, 5) =5。通过如下式子可以计算出最大可以实 现输出的合成电压矢量幅值Fmax如下^丽=("—1 —F應)xcos3(T = ("-1 —i^)x 例如，在7电平高压变频器中，当A相2个单元故障，B相l个单 元故障，C相无单元故障时，即^ = 2，『6 = 1, ^ = 0,则可以计算出 、ax = (7-1-3)^/2 = 1.5^。如图5所示，电压空间矢量周围加圓圈的表 示因为功率单元出现故障而不能够使用的电压矢量；其余的表示正常 可以使用的电压矢量。电压矢量在功率单元出现故障后是否可以使用，可以通过多种方 法进行判断。 一种比较简单的方法是，查看该电压矢量所对应的所有 开关状态，如果有开关状态能够使用(即三相输出电压都可正常输出)， 则其可用；否则，如果所有开关状态都不能够输出，则该电压矢量将 不能够继续使用。例如，在图5中，s轴上最远端的电压矢量在60度坐标系中为(6， 0),根据前面开关状态的计算公式，可以知道其对应 仅有一个开关状态。因为A相故障了 2个单元，可以知 道其无法输出3电压。步骤11和步骤12的先后顺序可互换，并不影响该方法的实现。步骤13:对输出的合成电压矢量按最大合成电压矢量进行限幅， 按所述合成的电压矢量值或限幅后的电压矢量值在矢量的集合中选择 出相应的电压矢量；根据K自的计算结果，当需要输出的合成电压矢量小于F皿时，所 有输出都可实现。否则，需要对输出以1>_值进行限幅。限幅后所有 电压矢量都可实现。只有这样，才能保证变频器输出三相线电压的波 形为对称波形。为了输出合成电压矢量，应选择其终端点所在位置最临近的三个 电压矢量，如果其终端点与某个电压矢量位置重合时，则仅选择该电 压矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频器中对功率单元控制的方法，其特征在于，包括：　获取变频器中各相出现故障的功率单元数量，按照所述故障的功率单元数量、变频器的电平数目运算出变频器可输出的最大合成电压矢量值，并在预定的角度坐标系下确定相应的电压矢量的集合；对输出的 合成电压矢量按最大合成电压矢量进行限幅，按所述合成的电压矢量值或限幅后的电压矢量值在矢量的集合中选择出相应的电压矢量，对选择出的电压矢量获得所对应开关状态的顺序序列，从开关状态序列中选择出中间值、或顺序选择与中间值最接近的开关状态，按照选择出的开关状态控制所述变频器中所有功率单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卫三民，苏位峰，黄小光，郭伟彰，张和平，李发海，
申请(专利权)人：北京浩普华清电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]