[发明专利]一种T型三电平逆变器开路故障的容错控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种T型三电平逆变器开路故障诊断及容错运行方法和系统，包括首先采用7段式SVPWM调制方式控制T型三电平逆变器运行，同时采样逆变器桥臂输出与直流侧中点电压，得到其低频电压信号并进行坐标变换，得到逆变器等效输出电压矢量轨迹，通过计算不同故障情况以及运行状态下的电压矢量轨迹，建立故障特征值真值表，并根据当前系统的特征值以及故障特征值真值表，判断系统当前的故障类型，最后切换对应控制方案，利用冗余矢量等效替换方法，实现T型三电平逆变器容错运行。

技术领域

本发明涉及T型三电平逆变器的容错控制领域，特别是指一种T型三电平逆变器开路故障的容错控制方法和系统。

背景技术

T型三电平逆变器具备某些故障情况下的容错运行能力,在电力系统、航空航天、冶金矿业、轨道交通等领域有着十分广泛的应用。这些场合对电源的供电连续性要求高，长时间的断电可能造成重大经济损失或事故，这对T型三电平逆变器长时间稳定工作提出了更高要求。逆变器在部分故障情况下的容错运行能够大程度地提高系统的供电连续性。逆变器实现容错运行的前提为系统诊断出故障并快速实现控制方案的切换。目前，T型三电平逆变器的故障诊断研究的最大问题就是如何快速、精确地诊断出各种类型的故障，同时减少负载变化引起的误诊断。

工业应用的交流调速系统中，大部分故障来自于功率器件的损坏。器件故障包括短路故障和开路故障，短路故障存在时间短，可以将快速熔丝植入电路中，将短路故障转化为开路故障。T型三电平逆变器发生单个开关管开路故障时，会出现输出电流、电压波形的畸变，直流侧中点电位偏移，功率器件发热等异常情况。目前，IGBT开路故障诊断方法上所展开的研究，主要有专家系统法、电流检测法和电压检测法三种。其中电流法是最为常用的一种方法。传统的诊断方法将逆变器开路故障时的输出电压电流波形畸变作为判断故障位置的依据，这些方法会在负载投切或者发生突变的时候产生较大的误诊断，且对负载平衡度、功率因数要求较为苛刻。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种T型三电平逆变器开路故障诊断与容错控制方法和系统,其能够解决现有技术中，容错控制系统诊断方法无法适用于各种负载大小、负载功率因数以及负载不平衡度的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种T型三电平逆变器开路故障的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：系统采用7段式SVPWM调制方式控制T型三电平逆变器运行；

步骤2：采样T型三电平逆变器的桥臂输出与直流侧中点电压，得到其低频电压信号；

步骤3：将低频电压信号进行坐标变换得到逆变器等效输出电压矢量轨迹；

步骤4：计算不同故障情况以及运行状态下的电压矢量轨迹，建立故障特征值真值表；

步骤5：根据当前系统的特征值以及故障特征值真值表，判断系统当前的故障类型；

步骤6：根据故障类型，切换对应控制方案，实现T型三电平逆变器容错运行。

优选的，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：根据三相T型三电平逆变器拓扑电路得到其相电压输出方程：

式中X∈{A，B，C}，S_A1＝1表示A相1号管导通，S_A1＝0表示A相1号管关断，u_dc代表T型三电平逆变器直流侧母线电压；

步骤1.2：计算T型三电平逆变器输出的三相电压矢量空间分布方程：