[发明专利]基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法

权利要求书

1.一种基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)通过故障诊断算法判断T型三电平逆变器的故障类型，针对不同故障类型采取相应的容错控制方法；

三相T型三电平逆变器拓扑包含垂直桥臂功率器件S_x1、S_x4和水平桥臂功率器件S_x2、S_x3；x＝a,b,c；S_x1、S_x2与S_x3、S_x4的驱动信号为互补信号；针对T型三电平逆变器，采用三电平同相层叠PWM调制法；其中，同相层叠的两个三角载波信号与参考调制信号相比较，从而得到相应功率器件的驱动信号；

(2)当垂直桥臂功率器件S_x1、S_x4发生故障，输出状态P或输出状态N将无法正常产生，导致输出线电压和相电流波形畸变和不对称；在这种情况下，通过重构PWM调制信号，故障相通过水平桥臂功率器件S_x2或水平桥臂功率器件S_x3导通与关断维持逆变器系统线电压的平衡；以A相故障为例，垂直桥臂功率器件发生故障后闭锁A相故障垂直桥臂功率器件的驱动信号，并一直保持A相水平桥臂功率器件的驱动信号；调整PWM调制信号为

其中，u_a’,u_b’,u_c’为调整后的PWM调制信号，V_m为PWM调制信号的幅值，w为逆变器输出的角频率；调整后的PWM调制信号使A相垂直桥臂功率器件故障后T型三电平逆变器的三相输出线电压保持平衡；当故障发生在B相或C相，PWM调制信号分别为

为了保持三相系统的线电压平衡，通过重构PWM调制信号，改变PWM调制信号的相位与幅值大小，使得输出线电压为三电平，其幅值降为正常工作时的输出电流也相应减小，进而维持T型三电平逆变器系统故障后的稳定运行；

通过零序电压注入平衡中点电位，注入方法为：首先通过假定一个周期内三相中点电流平均值等于零的条件，计算需要注入的零序电压；将零序电压作为前馈补偿控制量，叠加到PWM调制信号u_a’,u_b’,u_c’中，从而使中点电位在一个基波周期内保持平衡；运用反馈补偿控制，即将上电容C₁和下电容C₂的电压差值经过一个PI控制环节得到反馈补偿量Δi_o，将该反馈补偿量叠加到有前馈补偿控制量的PWM调制信号中，达到抑制直流侧中点低频电压脉动的目的；

(3)当水平桥臂功率器件S_x2、S_x3发生故障时，输出状态O将无法正常产生，导致输出线电压和相电流波形畸变和不对称；在这种情况下，一旦检测到水平桥臂功率器件发生故障时，切断故障相水平桥臂功率器件的驱动信号；利用正常垂直桥臂的功率器件调整T型三电平逆变器故障相为两电平运行，非故障相采用三电平运行；故障后采用的PWM调制信号为

由于故障相采用两电平而非故障相采用三电平运行，因此三相所采用的载波信号不一致，其中，故障相采用单三角载波信号，非故障相可采用双三角载波信号；

通过零序电压注入平衡中点电位，注入方法为：首先通过假定一个周期内三相中点电流平均值等于零的条件，计算需要注入的零序电压；将零序电压作为前馈补偿控制量，叠加到PWM调制信号u_a’,u_b’,u_c’中，从而使中点电位在一个基波周期内保持平衡；运用反馈补偿控制，即将上电容C₁和下电容C₂的电压差值经过一个PI控制环节得到反馈补偿量Δi_o，将该反馈补偿量叠加到有前馈补偿控制量的PWM调制信号中，达到抑制直流侧中点低频电压脉动的目的。

2.根据权利要求1所述的基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，其特征在于：所述的零序电压注入具体方法为：

计算T型三电平逆变器的中点电流平均值I_o为：

I_o＝d_aoi_a+d_boi_b+d_coi_c (5)

式中i_a,i_b,i_c为逆变器输出三相电流；d_ao,d_bo,d_co为在一个载波周期T_s内T型三电平逆变器输出为零电平的占空比，通过下式计算：

式中u_dc为直流侧电压，u_x为参考调制信号；通过注入零序电压u_o，并把公式(6)代入公式(5)，则此时中点电流平均值I_o’表示为：

通过开关平均模型和中点电位模型的建立，使得中点电流平均值I_o’为零，根据三相调制信号的区域进而计算得到零序电压u_o；计算注入零序电压u_o所采用的三相T型三电平逆变器参考调制信号u_x与具体故障类型有关，其中x＝a,b,c；

针对垂直桥臂功率器件S_x1、S_x4发生故障，所述的三相T型三电平逆变器的参考调制信号u_x为

针对水平桥臂功率器件S_x2、S_x3发生故障，所述的三相T型三电平逆变器的参考调制信号u_x为