[发明专利]一种基于双调制波的功率器件开路故障容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双调制波的功率器件开路故障容错控制方法，属于变流器控制系故障容错控制方法，该方法首先将传统三电平载波调制模块中的单调制波，分解为相同控制效果的双调制波，然后利用三相调制波之间的同步调整或者单相调制波正、负两组之间的内部调整，来达到消除由于功率起价开路故障而产生无效开关状态，最后根据直流侧上、下母线电压的采样值计算和判断是否需要进行调制波的二次修正并实施相应的控制策略，以实现故障状态下的变流器系统的中点电位平衡控制。该基于双调制波的容错控制方法，可以大大降低了故障状态下系统输出电流的畸变率，同时有效抑制了由于功率器件开路故障导致的中点电位不平衡问题。

技术领域

本发明涉及一种变流器系统故障容错控制方法，特别是一种三电平变流器系统功率器件开路故障容错控制方法。

背景技术

三电平拓扑是目前中低压系统中最为常用的多电平变流器结构，相比于传统的两电平变流器，三电平变流器具有输出功率大、输出波形谐波畸变率(total harmonicdistortion，THD)低、器件电压应力小和系统电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)低等多方面的优点。但是随着变流器电平数的增加功率器件数量也随之增加，使得变流器发生故障的概率显著增高。

变流器主要的故障类型包括：直流母线电容短路故障、功率器件开路及短路故障、逆变器桥臂开路及短路故障、输出交流侧开路及短路故障等。其中，以功率器件的开路故障和短路故障最为多发和常见。功率器件发生短路故障时会引起远大于额定电流的过电流，并且会对其他元器件产生破坏性的影响，在这种情况下必须采用停机的策略来保护系统中其他的元器件。当功率器件发生开路故障，会在一定程度上影响变流器的换流路径，增加了其他功率器件的电压和电流压力，如不及时诊断并加以适当的容错控制，将造成二次故障发生最终导致系统瘫痪停机，但是如果控制得当系统可以继续维持运行，目前已有的容错技术可分为软件型、硬件型两大类。硬件容错控制策略主要通过在原变流器桥臂上加装双向晶闸管或者快速熔断器来实现对于故障相的隔离，然后利用电压重构或者增加冗余第四桥臂的方式来实现变流器的容错控制。由于三电平变流器本身具备一定的冗余能力，通过电平数的降低可释放部分冗余资源，从而保证系统有限故障下具备持续运行的能力。

脉冲宽度调制技术(PWM)是变频器控制领域中的核心技术，调制策略的好坏将直接影响变频器的各项性能指标。现有的脉冲宽度调制技术大致可以分为两类：一种是基于载波比较的调制策略(CB-PWM)，另一类是基于空间矢量合成的调制策略(SVM)。两类调制策略各自具有鲜明的优缺点，基于载波的调制技术算法简单硬件资源开销较少，但是其直流母线电压利用率较低且交流输出端电压畸变率较高；而基于空间矢量的调制技术却拥有相对较高的直流母线电压利用率和较低的交流输出端电压畸变率，但是其算法复杂较高硬件开销大。在现有的关于容错控制的方法中，几乎所有的软件容错控制策略都是基于空间矢量调制提出的，而空间矢量本身在算法实现上就相对复杂在此基础之上实施容错控制将进一步增加系统负担。因此本发明提出了一种基于双调制波的适用于T型三电平变流器的容错控制策略。

发明内容

本发明的目的是要提供一种变流器系统功率器件开路故障容错控制方法，以解决当T型三电平变流器系统存在功率器件开路故障时，系统输出电流畸变增加和中点电位不平衡两个方面问题。

本发明的目的是这样实现的：该方法根据已有成熟的功率器件开路故障检测方法对整个变流器系统进行实时监测，当监测到系统中存在功率器件开路故障后提取故障点位置信息(即故障定位)；根据故障功率器件的位置信息确定故障器件类型并选择相应的控制策略，进一步根据系统运行状态判断容错控制策略实施范围，并对调制波进行一次修正；检测变流器系统上、下母线电压，判断系统中点电位偏差情况，当中点电位不平衡超出允许范围时，根据中点电位平衡机制对调制波进行二次修正；最后将两次修正后的调制波送给载波调制模块，输出新的PWM波对功率器件进行开、断控制，实现功率器件开路故障状态下变流器系统输出电流波形质量的改善和中点电位平衡的控制。