[发明专利]开关磁阻电机五电平功率变换器及开路故障容错控制方法

说明书

本发明提供了一种开关磁阻电机五电平功率变换器及开路故障容错控制方法。本方法开关磁阻电机功率变换器发生开路故障时，利用五电平功率变换器开关管多的优势重构励磁和退磁回路，抑制开路故障对系统产生的不利影响。该方法通过对功率变换器开路故障分类，并根据12种开路故障给出了12种容错控制策略。此方法可为开关磁阻电机相绕组提供多种励磁电压和退磁电压，满足开关磁阻电机不同转速时对电压的需求。即当功率变换器发生开路故障时，可通过重构励磁和退磁回路使电机绕组能够正常的励磁和退磁，抑制因开路故障造成的转矩脉动，克服了传统容错控制方案的缺点，提高了开关磁阻单机驱动系统的安全性和可靠性。

技术领域

本发明属于电气工程领域的开关磁阻电机控制技术，具体涉及一种用于开关磁阻电机的五电平功率变换器的开路故障容错控制方法。

技术背景

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)具有结构简单、调速范围宽、可控性好、效率高、容错能力强的优点，非常符合电动汽车轻量化、高性价比的要求，因此受到了学术界和工业界的广泛关注。功率变换器是开关磁阻电机的重要组成部分，为相绕组提供励磁、退磁和续流回路，功率变换器上的开关管需要频繁通、断，而且承受大电压和大电流，容易发生开路故障，影响电动汽车的安全运行。因此，提高开关磁阻电机功率变换器的开路故障容错能力非常必要。

可以通过优化控制算法提高开关磁阻电机功率变换器的容错性，通过改变开通角、关断角增加故障相和健康相的重叠角弥补开路导致的故障相励磁能力不足，减小开路故障造成的转矩脉动大的问题。设计一个自适应的模糊滞环控制器，抑制开路故障造成的转矩脉动。

文献“Fault tolerant power converter for switched reluctance drives”(“用于开关磁阻电机的容错功率变换器”——Natália S.Gameiro,Cardoso A J M 2008年IEEE国际电机会议)通过在传统非对称半桥式功率变换器中加入开关管改变拓扑结构来提高功率变换器的容错性能，但是这种新的拓扑结构破坏了开关磁阻电机各相的独立性。

现有技术存在的主要问题是：

1、现有的功率变换器结构简单，开关状态少，当发生开路故障时很难进行容错控制，容易造成电驱系统缺相运行，导致输出转矩脉动大，影响电机的正常工作。

2、改进的拓扑虽然通过增加额外的开关管来提高功率变换器的容错性能，但是会破坏各相间的独立性，当功率变换器发生开路故障时容错控制效果不好。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺点，本发明提供了一种基于五电平功率变换器的开路故障容错控制策略，此方法克服了传统容错控制方法下电机缺相运行和各相不能独立的问题。本文所提出的基于五电平功率变换器的开路故障容错控制策略具有较好的开路故障容错能力。

为了实现上述目标，本发明提供了一种开关磁阻电机五电平功率变换器，包括电源V_s、开关磁阻电机A相绕组L_a、开关磁阻电机B相绕组L_b、开关磁阻电机C相绕组L_c、电容模块、第一纵向桥、第一横向桥、第二纵向桥、第二横向桥、第三纵向桥、第三横向桥；

所述电容模块由电容C₁和电容C₂组成，C₁正极连接电源V_s正极，电容C₁负极与电容C₂正极串联连接，并将电容C₁负极与电容C₂正极串联连接点定义为五电平功率变换器直流侧中点，电容C₂负极连接电源V_s负极；