[发明专利]基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法

摘要

本发明公开了基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，采用前馈补偿控制得到零序电压，使得中点电位达到平衡，采用反馈补偿控制得到反馈补偿量，进而抑制中点电位的低频脉动。当垂直桥臂功率器件发生故障时，采用零序电压注入对中点电位进行平衡控制，通过重构PWM调制信号，保持了三相线电压平衡。当水平桥臂功率器件发生故障时，闭锁故障相水平桥臂的驱动信号，对故障相剩余的垂直桥臂采用两电平运行和基于零序电压注入的中点电位平衡控制，输出电压和电流的幅值大小不发生变化。T型三电平逆变器采用零序电压注入法平衡故障后的中点电位，通过重构PWM载波调制信号进行容错控制，使系统具有较好的容错运行能力。

主权项

1.一种基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)通过故障诊断算法判断T型三电平逆变器的故障类型，针对不同故障类型采取相应的容错控制方法；三相T型三电平逆变器拓扑包含垂直桥臂功率器件S_x1、S_x4和水平桥臂功率器件S_x2,、S_x3；x＝a,b,c；S_x1、S_x2与S_x3、S_x4为互补信号；针对T型三电平逆变器，采用三电平同相层叠PWM调制法；其中，同相层叠的两个三角载波信号与参考调制信号相比较，从而得到相应开关管的驱动信号；(2)当垂直桥臂功率器件S_x1,、S_x4发生故障，输出状态P或N将无法正常产生，导致输出线电压和相电流波形畸变和不对称；在这种情况下，通过重构PWM调制信号，故障相通过开关管S_x2或S_x3导通与关断维持逆变器系统线电压的平衡；以A相故障为例，垂直桥臂功率器件发生故障后闭锁A相故障功率器件的驱动信号，并一直保持A相水平桥臂功率器件的驱动信号；调整PWM调制信号为其中，u_a’,u_b’,u_c’为调整后的调制信号，V_m为调制信号的幅值，w为逆变器输出的角频率；调整后的PWM调制信号使A相垂直桥臂故障后T型逆变器的三相输出线电压保持平衡；当故障发生在B相或C相，PWM的调制信号分别为为了保持三相系统的线电压平衡，通过重构PWM调制信号，改变调制信号的相位与幅值大小，使得输出线电压为三电平，其幅值降为正常工作时的输出电流也相应减小，进而维持T型三电平逆变器系统故障后的稳定运行；通过零序电压注入平衡中点电位，注入方法为：首先通过假定一个周期内三相中点电流平均值等于零的条件，计算需要注入的零序电压；将零序电压作为前馈补偿控制量，迭加到调制信号u_a’,u_b’,u_c’中，从而使中点电位在一个基波周期内保持平衡；运用反馈补偿控制，即将上电容C₁和下电容C₂的电压差值经过一个PI控制环节得到反馈补偿量Δi_o，将该反馈补偿量叠加到前述的调制信号中，达到抑制直流侧中点低频电压脉动的目的；(3)当水平桥臂功率器件S_x2、S_x3发生故障时，输出状态O将无法正常产生，导致输出线电压和相电流波形畸变和不对称；在这种情况下，一旦检测到水平桥臂功率器件发生故障时，切断故障相水平桥臂的驱动信号；利用正常的垂直桥臂调整T型逆变器故障相为两电平运行，非故障相采用三电平运行；故障后采用的调制信号为由于故障相采用两电平而非故障相采用三电平运行，因此三相所采用的PWM载波不一致，其中，故障相采用单三角载波，非故障相可采用双三角载波；通过零序电压注入平衡中点电位，注入方法为：首先通过假定一个周期内三相中点电流平均值等于零的条件，计算需要注入的零序电压；将零序电压作为前馈补偿控制量，迭加到调制信号u_a’,u_b’,u_c’中，从而使中点电位在一个基波周期内保持平衡；运用反馈补偿控制，即将上电容C₁和下电容C₂的电压差值经过一个PI控制环节得到反馈补偿量Δi_o，将该反馈补偿量叠加到前述的调制信号中，达到抑制直流侧中点低频电压脉动的目的。