[发明专利]一种Vienna整流器的容错控制方法

说明书

本发明涉及一种Vienna整流器的容错控制方法，属于电能变换领域。本发明的方法主要包括整流器正常运行时算法、整流器故障时检测方法以及故障检测后基于故障位置的不同的容错控制方法，实现对故障发生时进行检测并且切换至容错，保证其能够在故障发生后运行一段时间，维持后级设备的工作稳定。本发明方法针对于整流器，由于应用于整流器容错控制以及检测方案很少，该方法为整流器的提供了一种新的故障检测以及容错策略。本发明无需改变电路的拓扑结构或添加传感器等故障检测器件，且控制算法较为简单，故障定位快速准确，能保证Vienna整流器在故障发生后稳定运行一段时间。

技术领域

本发明涉及一种适用于三相三电平三开关(Vienna)整流器的容错控制方法，属于电能变换领域。

背景技术

随着电动汽车、多电飞机等领域的快速发展，大功率用电设备的需求不断增长，三相大功率功率因数校正(PFC)整流器作为其中不可或缺的一部分也起到越来越重要的作用。其中三相三电平三开关(Vienna)整流器具有高效率、低谐波含量、高功率密度、低电压应力等优点，近年越来越受到工业界的青睐。

Vienna整流器作为有源功率因数校正装置，广泛应用于大功率设备，若发生故障，则会造成输入电流的畸变、输出电压的跌落等影响，严重时对设备产生永久性损害。目前，对于电路的容错控制通常针对逆变器，而对于整流器的容错控制研究较少，因此需要增加对整流器容错控制的研究。常用的容错控制方法包括硬件容错以及软件容错：硬件容错主要通过改变电路的拓扑、增加传感器等，这对于成本以及电路复杂度都是不利的；软件容错主要通过控制算法的冗余度进行控制，不同的软件控制策略与故障发生的具体位置有关，这又增加了软件算法的复杂度。

Vienna整流器常见的故障包括开关器件的短路故障以及开路故障：当发生短路故障时，电流出现大幅度的增加，此时可能对设备造成永久损毁；而当发生开路故障时，并不会造成大幅度的电流或电压跳变。由于Vienna整流器通常为后级的电路提供稳定的直流母线电压，而母线电压瞬态的大幅波动有可能影响后级变换器的正常工作，因此需要保证故障检测的快速性以及准确性同时保证容错控制的有效性。

发明内容

本发明的目的是为了实现Vienna整流器的故障诊断以及容错控制，解决开关管开路时电压、电流出现跳变的问题，并维持输出电压稳定一段时间，保证有足够的时间切换到备用电源。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种Vienna整流器的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采样整流器的三相输入电压信号、三相输入电流信号、输出电压信号和负载电流信号；

步骤二、将三相输入电压信号以及三相输入电流信号进行Park变换，由abc静止坐标系转换成dq旋转坐标系，并通过锁相环得出相角θ；

步骤三、将一个工频周期0～360°分为6个区间，并判断锁θ属于哪个区间；

步骤四、将输出电压参考值U_{dc_ref}减去采样得到的输出电压V_dc，得到输出电压与实际值之间的误差，将误差送入比例-积分调节器，并将该环节作为Vienna整流器的电压环；

步骤五、将电压环的输出作为d轴电流i_d的参考值i_{d_ref}，q轴电流i_q的参考值设定为0，分别将d轴和q轴电流实际值与参考值的误差送入比例-积分调节器，并将该环节作为Vienna整流器的电流环；

步骤六、将Vienna整流器电流环的输出经过Park变换以及Clark变换得到a、b、c三相电压的参考值V_a,ref、V_b,ref、V_c,ref，再分别向三相电压的参考值中加入零序分量V_offset，得到V_x,ref,offset；