[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

说明书

本发明公开了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，采用前馈补偿控制得到零序电压，使得中点电位达到平衡，采用反馈补偿控制得到反馈补偿量，进而抑制中点电位的低频脉动。当垂直桥臂功率器件发生故障时，采用零序电压注入对中点电位进行平衡控制，通过重构PWM调制信号，保持了三相线电压平衡。当水平桥臂功率器件发生故障时，闭锁故障相水平桥臂的驱动信号，对故障相剩余的垂直桥臂采用两电平运行和基于零序电压注入的中点电位平衡控制，输出电压和电流的幅值大小不发生变化。T型三电平逆变器采用零序电压注入法平衡故障后的中点电位，通过重构PWM载波调制信号进行容错控制，使系统具有较好的容错运行能力。

技术领域

本发明涉及T型三电平逆变器故障后的中点电位平衡与容错控制，特别是涉及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。

背景技术

近年来，多电平逆变器已成为中、高压大功率应用的热点，如高压变频调速、柔性交流输电、高压直流输电等领域。与两电平逆变器相比，三电平逆变器具有较小的dv/dt，较低的电压和电流的谐波畸变率和功率损耗等优点，典型的三电平逆变器如中点钳位型、飞跨电容型及级联H桥型拓扑已被广泛应用于中、高压的工业应用中。T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和高功率密度而被广泛应用于低压大电流的领域。如今，随着T型三电平逆变器的广泛应用，如何提高逆变器的可靠性便成为一个重要的研究方向，采用故障检测和容错控制技术是提高逆变器可靠性的重要手段。

目前，逆变器的容错控制技术分为硬件容错和软件容错。硬件容错是通过改变T型逆变器拓扑结构进而完成故障后容错的稳定运行；软件容错是通过故障后的控制算法进而完成容错运行，该控制策略一般与故障开关器件的位置有关。

许多学者提出了基于SVPWM的调制方式进行故障后的容错运行，通过降低调制度的方法完成垂直桥臂的容错运行，采用等效矢量的合成的方法对水平桥臂的故障进行容错控制。而基于PWM载波调制方式，一般是通过增加冗余桥臂从而进行故障后的容错运行，这增加了系统的成本与体积。因此，需要通过改进算法进行相应的容错控制，基于载波调制的零序电压注入T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法具有研究价值与深远意义。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术的不足，提供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。

本发明采用的技术方案为：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，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)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(phase disposition 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，从而得到相应开关管的驱动信号。

(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，故障相通过开关管S_x2或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