[发明专利]一种NPC三电平逆变器故障冗余控制方法

摘要

本发明公开了一种NPC三电平逆变器故障冗余控制方法，包括以下步骤一、实时对NPC三电平逆变器进行故障检测，确定故障位置、类型；二、根据故障位置和类型确定损失的电压矢量，绘出故障状态的矢量图；三、根据重新绘出的矢量图，分析该故障状态下逆变器能否够继续运行；四、根据重新绘出的矢量图，分析该种故障状态下逆变器是否能够原级运行；五、对能够继续运行的故障状态，重新选择合成矢量，计算各自作用时间，优化矢量切换顺序，形成冗余控制脉冲序列。本发明通过软件方法解决NPC三电平逆变器的可靠性问题，在不增加系统硬件成本的基础上有效地提高系统的可靠性。

主权项

一种用于基于SVPWM的NPC三电平逆变器的故障冗余控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、实时对NPC三电平逆变器进行器件故障检测，确定故障的位置以及故障类型；B、根据故障位置和故障类型确定故障状态下损失的空间电压矢量，绘出故障状态的空间电压矢量分布图；C、根据重新绘出的空间电压矢量分布图，分析该故障状态下NPC三电平逆变器是否能够继续运行，即是否还能合成旋转参考空间电压矢量；当NPC三电平逆变器故障相靠近P极的钳位二极管发生短路故障时，故障相损失P电平状态；当NPC三电平逆变器故障相靠近N极的钳位二极管发生短路故障时，故障相损失N电平状态；当NPC三电平逆变器故障相外侧的一个开关管发生短路故障时，故障相损失O电平状态；当NPC三电平逆变器故障相内侧靠近P极的开关管发生短路故障时，故障相损失N电平状态；当NPC三电平逆变器故障相内侧靠近N极的开关管发生短路故障时，故障相损失P电平状态；当NPC三电平逆变器故障相钳位二极管发生开路故障时，故障相损失O电平状态；当NPC三电平逆变器故障相外侧靠近P极开关管发生开路故障时，故障相损失P电平状态；当NPC三电平逆变器故障相外侧靠近N极的开关管发生开路故障时，故障相损失N电平状态；D、根据重新绘出的空间电压矢量分布图，分析该种故障状态下NPC三电平逆变器是否能够原级运行，即计算可合成的旋转参考空间电压矢量的范围，是否依然能够形成长电压矢量构成的正六边形内切圆；空间电压矢量图中的矢量可按幅值大小分作如下分类：大矢量，相应的三相输出电平状态包括PNN，PPN，NPN，NPP，NNP，PNP；中矢量，相应的三相输出电平状态包括PON，OPN，NPO，NOP，ONP，PNO；小矢量，相应的三相输出电平状态包括POO，ONN，PPO，OON，OPO，NON，OPP，NOO，OPP，NOO，POP，ONO；零矢量，相应的三相输出电平状态包括PPP，OOO，NNN；根据检测到的故障情况，重新绘制出的故障状态空间电压矢量分布图可分为四类：D1：故障桥臂损失O电平状态；对于故障相损失O电平状态的情况，由于小矢量有冗余矢量，大矢量没有损失，空间电压矢量图中损失的矢量只有中矢量和一个零矢量，矢量图轮廓与正常状态时相同，所以逆变器仍可原级运行，即可合成参考空间电压矢量的幅值与正常情况下相同；D2：故障桥臂损失P电平状态；对于故障相损失P电平状态的情况，空间电压矢量图中大矢量、中矢量、小矢量和零矢量均有损失，但由于小矢量和零矢量具有冗余矢量，因此利用冗余矢量，仍可围成正六边形的矢量图；由于大矢量和中矢量不完整，新的正六边形矢量图是由小矢量和零矢量组成的，因此矢量图轮廓比正常状态时小，逆变器需降级运行，此时可合成参考空间电压矢量的幅值是正常情况下的1/2；D3：故障桥臂损失N电平状态；对于故障相损失N电平状态的情况，空间电压矢量图中大矢量、中矢量、小矢量和零矢量均有损失，但由于小矢量和零矢量具有冗余矢量，因此利用冗余矢量，仍可围成正六边形的矢量图；由于大矢量和中矢量不完整，新的矢量图是有小矢量和零矢量组成的，因此正六边形矢量图轮廓比正常状态时小，逆变器需降级运行，此时可合成参考空间电压矢量的幅值是正常情况下的1/2；D4：故障桥臂损失P电平状态和N电平状态；对于故障相同时损失P电平状态和N电平状态的情况，空间电压矢量图中大矢量、中矢量、小矢量和零矢量均有损失，只剩余两个中矢量、六个小矢量和一个零矢量可用，而六个小矢量和零矢量恰好围成正六边形的空间电压矢量图，此时故障相始终输出O电平状态；由于新的矢量图是由小矢量和零矢量组成的，因此矢量图轮廓比正常状态时小，逆变器需降级运行，此时可合成参考空间电压矢量的幅值是正常情况下的1/2；E、对于能够继续运行的故障状态，包括正常运行和降级运行，根据重新绘出的空间电压矢量图，重新选择合成矢量，并计算各矢量的作用时间，对各矢量切换顺序进行优化，形成新的冗余控制脉冲序列。