[发明专利]有源中点箝位型三电平逆变器的可靠性分析和运行方法

说明书

本发明涉及一种有源中点箝位型三电平逆变器的可靠性分析和运行方法，包括以下步骤：步骤1、对有源中点箝位型三电平逆变器的功率器件进行在线监测和可靠性分析；步骤2、在系统平稳运行时，根据步骤1的可靠性分析结果，进行有源中点箝位型三电平逆变器可靠运行的调制；步骤3、在系统出现故障时，根据步骤1的可靠性分析结果，通过不同故障类型下的容错运行策略，使逆变器在单个器件故障和多个器件故障下能够持续运行。本发明能够有效延长有源中点箝位型三电平逆变器的运行时间，提高逆变器系统的可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种可靠性分析和运行方法，尤其是一种有源中点箝位型三电平逆变器的可靠性分析和运行方法。

背景技术

电压源型多电平逆变器已广泛应用于中压大功率电力应用中。电压源型多电平逆变器将低额定电压的功率器件应用在高电压、大功率场合，解决了输出电压受功率器件额定电压限制的问题。同时，随着电平数的增加，电磁干扰以及输出电压电流波形的谐波分量均有所减少。在电压源型多电平逆变器中，二极管中点箝位型三电平逆变器的拓扑结构已经广泛应用于交流电机驱动等工业领域中。与两电平逆变器拓扑相比，二极管中点箝位型三电平逆变器的每相通过两个箝位二极管连接到中性点，为串联连接功率器件，提高电平数量提供了方案。然而，二极管中点箝位型三电平逆变器在可靠性方面存在问题。这种拓扑结构的缺点是功率器件之间的损耗和结温分布不均，限制了逆变器开关频率和容量的增加。有源中点箝位型三电平逆变器的提出克服了二极管中点箝位型三电平逆变器的缺陷。在有源中点箝位型三电平逆变器中，与中性点相连的功率半导体器件取代了箝位二极管，这种拓扑结构使每相的有效开关状态由二极管中点箝位型三电平逆变器的3种拓展为6种。有效开关状态的增加，一方面提高了系统的自由度，使设计调制策略，提高系统可靠性成为可能；另一方面在系统出现器件故障时，利用冗余开关状态，也可以设计容错运行时的控制策略，延长系统的寿命。

针对有源中点箝位型三电平逆变器的控制策略优化设计，许多学者都进行了大量的研究。但是现有的研究成果既没有针对有源中点箝位型三电平逆变器的换流方式进行合适的分类，也没有对逆变器中的功率器件进行完善的可靠性分析。同时，一个完整的可靠运行方法也应该考虑系统的容错运行，而不仅仅是考虑逆变器稳定运行的情况。

经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种有源中点箝位型三电平逆变器的可靠性分析和运行方法，通过该方法中的调制策略和容错运行策略，能够有效延长有源中点箝位型三电平逆变器的运行时间，提高逆变器系统的可靠性。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种有源中点箝位型三电平逆变器的可靠性分析和运行方法，包括以下步骤：

步骤1、对有源中点箝位型三电平逆变器的功率器件进行在线监测和可靠性分析；

步骤2、在系统平稳运行时，根据步骤1的可靠性分析结果，进行有源中点箝位型三电平逆变器可靠运行的调制；

步骤3、在系统出现故障时，根据步骤1的可靠性分析结果，通过不同故障类型下的容错运行策略，使逆变器在单个器件故障和多个器件故障下能够持续运行。

而且，所述步骤1的具体步骤为：

(1)通过电压传感器和电流传感器来测量功率器件的电压和电流；

(2)拟合功率器件的导通损耗和开关损耗的特性曲线，通过实时电气特性在线计算功率器件的导通损耗和开关损耗；

(3)将计算出的总损耗导入逆变器系统的电热模型，估计器件的结温和结温波动；

(4)将结温和结温波动转化为器件的累计疲劳，进而估算功率器件的使用寿命。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：