CN116436317B - 一种容错型npc型三电平整流器及其容错控制方法和系统 - Google Patents
一种容错型npc型三电平整流器及其容错控制方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种容错型NPC型三电平整流器及其容错控制方法和系统，整流器内管开路故障依据整流器内管开路故障情况调整相应的拓扑结构；重新定义容错型NPC型三电平整流器故障情况下的开关状态及基本电压矢量；采用6扇区划分方式，对扇区进行划分；从重新定义的基本电压矢量中选择作用矢量，并确定对应的作用时间；确定容错型NPC型三电平整流器故障情况下的各开关管的导通时间；将开关管导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，完成容错控制。本发明可在NPC型三电平整流器内管开路故障后完全恢复三相电流，并且适用于任意内管开路故障的情况，提高了NPC型三电平整流器的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于发电技术领域，具体涉及一种容错型NPC型三电平整流器及其容错控制方法和系统。
背景技术
中性点箝位型(NPC型) 三电平整流器拓扑因其耐压能力强、输出功率大等优势，在电能变换中发挥着越来越重要的位置，逐渐取代两电平整流器，现已广泛应用于大功率发电系统中。在由NPC型三电平整流器拓扑结构组成的大功率发电系统中，长时间运行在恶劣环境下的NPC型三电平整流器极易发生故障，降低发电系统的整体性能。为提高发电系统稳定性，减少设备停机时间，降低维护成本，保证发电系统在整流器故障后继续运行，有必要对整流器进行容错控制。
目前针对NPC型三电平整流器内管开路故障的容错方法主要分为两类，即软件容错控制和硬件容错控制。软件容错控制无需改变硬件拓扑，仅依靠切换算法即可实现容错控制，使系统最大程度上恢复至故障前运行状态，但纯软件容错控制方法无法完全恢复故障后畸变的电流。硬件容错控制方法通过改变系统硬件拓扑实现容错控制，使得装置能够尽量的保持性能。论文《Fault Tolerant Operation of Parallel Connected 3L-Neutral-Point Clamped Back-to-Back Converters Serving to Large Hydro-Generating Units》提出了针对NPC型三电平整流器功率开关故障的硬件容错控制方法，通过增加一个冗余桥臂实现容错控制，由于功率开关的增加，提高了使用成本，并且只能解决单相功率开关管故障的情况。
发明内容
本发明目的在于提出了一种容错型NPC型三电平整流器及其容错控制方法和系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种容错型NPC型三电平整流器，其特征在于，交流侧三相输入端分别连接至a、b、c三相，a相桥臂由4个IGBT功率开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Da1、Da2、Da3、Da4，两个串联钳位二极管Dza1、Dza2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRa1、TRa2组成，交流侧a相连接至IGBT功率开关管Sa2与Sa3中点以及双向晶闸管TRa1与TRa2中点，钳位二极管Dza1与Dza2中点通过1个双向晶闸管TRa3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；b相桥臂由4个IGBT功率开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Db1、Db2、Db3、Db4，两个串联钳位二极管Dzb1、Dzb2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRb1、TRb2组成，交流侧b相连接至IGBT功率开关管Sb2与Sb3中点以及双向晶闸管TRb1与TRb2中点，钳位二极管Dzb1与Dzb2中点通过1个双向晶闸管TRb3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；c相桥臂由4个IGBT功率开关管Sc1、Sc2、Sc3、Sc4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Dc1、Dc2、Dc3、Dc4，两个串联钳位二极管Dzc1、Dzc2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRc1、TRc2组成，交流侧c相连接至IGBT功率开关管Sc2与Sc3中点以及双向晶闸管TRc1与TRc2中点，钳位二极管Dzc1与Dzc2中点通过1个双向晶闸管TRc3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点。
一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，基于所述的容错型NPC型三电平整流器完成容错控制，包括如下步骤：
步骤1、确定无故障情况下的开关状态及基本电压矢量；
步骤2、确定故障条件下的开关状态及基本电压矢量；
步骤3、采用6扇区划分方式，对扇区进行划分；
步骤4、从重定义的基本电压矢量中选择作用矢量，并确定对应的作用时间；
步骤5、确定故障条件下的各开关管的导通时间；
步骤6、将开关管导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，完成容错控制。
一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制系统，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）可以完全恢复由于NPC型三电平整流器内管开路故障而畸变的三相电流。2）利用较少的有源器件，仅需在NPC型三电平整流器正常拓扑中额外加入9个双向晶闸管，在获取故障开关管信息后，通过改变拓扑以及控制算法，即可实现容错功能，降低了系统的额外成本、重量以及复杂性。3）可以针对NPC型三电平整流器任意内管开路故障情况完成容错控制。
附图说明
图1为容错型NPC型三电平整流器的拓扑图。
图2为容错型NPC型三电平整流器的容错控制框图。
图3为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的空间电压矢量图。
图4为容错型NPC型三电平整流器故障情况下的空间电压矢量图。
图5（a）为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的三相电流波形图，图5（b）为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的中点电压波形图。
图6（a）为容错型NPC型三电平整流器Sa2开路故障下的三相电流波形图，图6（b）为容错型NPC型三电平整流器Sa2开路故障下的中点电压波形图。
图7（a）为容错型NPC型三电平整流器Sa2开路故障下的三相电流波形图，图7（b）为容错型NPC型三电平整流器Sa2开路故障下的中点电压波形图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为容错型NPC型三电平整流器的拓扑。将输入侧等效为电压源Ua ,Ub ,Uc和定子电感La ,Lb ,Lc；Da1、Da2、Da3、Da4、Db1、Db2、Db3、Db4、Dc1、Dc2、Dc3、Dc4为二极管；Cd1与Cd2为直流侧电容；Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sc1、Sc2、Sc3、Sc4为IGBT功率开关管；Dza1、Dza2、Dzb1、Dzb2、Dzc1、Dzc2为二极管；TRa1、TRa2、TRa3、TRb1、TRb2、TRb3、TRc1、TRc2、TRc3是双向晶闸管；Undc是直流侧中点电压；Udc是直流母线电压。交流侧三相输入端分别连接至a、b、c三相，a相桥臂由4个IGBT功率开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Da1、Da2、Da3、Da4，两个串联钳位二极管Dza1、Dza2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRa1、TRa2组成，交流侧a相连接至IGBT功率开关管Sa2与Sa3中点以及双向晶闸管TRa1与TRa2中点，钳位二极管Dza1与Dza2中点通过1个双向晶闸管TRa3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；b相桥臂由4个IGBT功率开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Db1、Db2、Db3、Db4，两个串联钳位二极管Dzb1、Dzb2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRb1、TRb2组成，交流侧b相连接至IGBT功率开关管Sb2与Sb3中点以及双向晶闸管TRb1与TRb2中点，钳位二极管Dzb1与Dzb2中点通过1个双向晶闸管TRb3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；c相桥臂由4个IGBT功率开关管Sc1、Sc2、Sc3、Sc4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Dc1、Dc2、Dc3、Dc4，两个串联钳位二极管Dzc1、Dzc2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRc1、TRc2组成，交流侧c相连接至IGBT功率开关管Sc2与Sc3中点以及双向晶闸管TRc1与TRc2中点，钳位二极管Dzc1与Dzc2中点通过1个双向晶闸管TRc3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点。
图2是容错型NPC型三电平整流器的容错控制框图。有功电流及无功电流由人为设定，采集三相电流经PLL锁相环计算电流角度，三相电流经过abc/dq变换得到dq轴电流id、iq，分别与d、q轴电流参考值id*、iq*作差输入PI调节器，输出d、q轴电压参考值Ud、Uq，经过dq/αβ变换得到α、β轴电压参考值/>。无故障情况下将/>及采样得到的Udc输入无故障SVPWM模块生成控制IGBT功率开关管门极通断的信号。容错运行时，将无故障SVPWM模块切换为容错SVPWM模块，将/>及采样得到的Udc输入到容错SVPWM模块生成控制IGBT功率开关管门极通断的信号，完成容错控制。
一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，包括如下步骤：
步骤1，确定无故障情况下的开关状态及基本电压矢量；
无故障情况下，双向晶闸管TRa1、TRa2、TRb1、TRb2、TRc1、TRc2关断，双向晶闸管TRa3、TRb3、TRc3导通。图3为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的空间电压矢量图。从图中可以看到，容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的空间电压矢量共有27个基本电压矢量，即27个开关状态，二者一一对应，括号外表示基本电压矢量名称，括号内表示开关状态。27个基本电压矢量分别为零矢量：V0P(PPP), V0O(OOO), V0N(NNN)。小矢量：V1P(POO), V1N(ONN)；V2P(PPO), V2N(OON)；V3P(OPO), V3N(NON)；V4P(OPP), V4N(NOO)；V5P(OOP),V5N(NNO)；V6P(POP), V6N(ONO)。中矢量：V7(PON), V8(OPN), V9(NPO), V10(NOP), V11(ONP),V12(PNO)。大矢量：V13(PNN), V14(PPN), V15(NPN), V16(NPP), V17(NNP), V18(PNP)。其中零矢量V0P(PPP), V0O(OOO), V0N(NNN)分别记为P型零矢量、O型零矢量、N型零矢量。小矢量存在N型小矢量与P型小矢量两类，VxN记为N型小矢量，VxP记为P型小矢量，VxN与VxP 互为冗余，x=1、2、3、4、5、6。括号内的三个字母分别表示三相的开关状态，第一个字母表示a相的开关状态，“P”表示a相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示a相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示a相下端的两个功率开关管导通; 第二个字母表示b相的开关状态，“P”表示b相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示b相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示b相下端的两个功率开关管导通; 第三个字母表示c相的开关状态,“P”表示c相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示c相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示c相下端的两个功率开关管导通。
步骤2、确定故障条件下的开关状态及基本电压矢量；
当容错型NPC型三电平整流器内管开路故障时，根据表1确定不同开关管开路故障时对应的双向晶闸管动作，将故障相的三电平桥臂切换为两电平桥臂：
表1 不同开关管开路故障对应的双向晶闸管动作
当Sa2开路故障、或Sa3开路故障、或Sa2和Sa3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRa1、TRa2，关断双向晶闸管TRa3；当Sb2开路故障、或Sb3开路故障、或Sb2和Sb3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRb1、TRb2，关断双向晶闸管TRb3；当Sc2开路故障、或Sc3开路故障、或Sc2和Sc3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRc1、TRc2，关断双向晶闸管TRc3；
为适用于任意内管开路故障，针对容错型NPC型三电平整流器的12个功率开关管IGBT的开关状态及基本电压矢量进行重定义，将同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的开关状态定义为“1”，同一桥臂的上桥臂两个功率开关管关断并且下桥臂两个功率开关管导通的开关状态定义为“0”，这两个状态为同桥臂互补状态，三个桥臂在同桥臂互补状态前提下，存在8种开关状态组合，“000”、“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”、“111”对应8个基本电压矢量，即零矢量V0(000)、V7(111)，非零矢量V1(100)、V2(110)、V3(010)、V4(011)、V5(001)、V6(101)，容错型 NPC型三电平整流器故障情况下的空间电压矢量图如图4所示。
步骤3、用6扇区划分方式，对扇区进行划分；
定义函数：
；/> ；C/>
式中，、/>为参考电压矢量在α、β两相静止坐标系下的电压分量；
定义符号函数：
式中，i为A、B、C；
定义扇区计算值N：
通过表2确定N值与实际扇区编号之间的对应关系，完成扇区划分；
表2 N的计算值与扇区对应关系表
基本电压矢量与各扇区对应关系为：I扇区对应基本电压矢量(V0,V1,V2,V7), II扇区对应基本电压矢量(V0,V2,V3,V7)，III扇区对应基本电压矢量(V0,V3,V4,V7), IV扇区对应基本电压矢量(V0,V4,V5,V7)，V扇区对应基本电压矢量(V0,V5,V6,V7), VI扇区对应基本电压矢量(V0,V1,V6,V7)。
步骤4、从重定义的基本电压矢量中选择作用矢量，并确定对应的作用时间；
首先定义中间变量为：
；/> ；/> ；
式中，、/>为参考电压矢量在α、β两相静止坐标系下的电压分量，Udc为直流侧电压，Ts为采样周期；
然后根据表3确定各扇区的基本电压矢量的作用时间：
表3 扇区与基本电压矢量作用时间
各扇区基本电压矢量中零矢量的作用时间为：T0=Ts-T1-T2。
步骤5、确定故障情况下的各开关管的导通时间；
a相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
b相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
c相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
式中，Ts为采样周期，T1为非零矢量Vn1作用时间，T2为非零矢量Vn2作用时间；
将同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间简称为开关管导通时间，根据表4确定不同扇区的开关管导通时间：
表4 不同扇区的开关管导通时间
在一个开关周期内，同一桥臂的上桥臂两个功率开关管关断并且下桥臂两个功率开关管导通的时间与同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间互补。
步骤6、将开关管导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，完成容错控制：
采用DPWM技术，将开关管导通时间与周期为采样周期的等腰三角形波进行调制，基于对称原则和THD最低原则来确定基本电压矢量的作用顺序，即可得到12路功率开关管IGBT的PWM脉冲，完成容错控制。
本发明还提出一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制系统，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实施所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，以a相开关管Sa2管发生开路故障为例，进行容错控制验证。
图5（a）为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的三相电流波形，图5（b）为容错型NPC型三电平整流器无故障情况下的中点电压波形。
当开关管Sa2管发生开路故障时，如图6（a）图所示， a相电流下半相缺失，Sa2管无法完成开通动作，多个基本电压矢量发生畸变。由于P、N型小矢量失衡，中点电压失衡，如图6（b）所示。读取到诊断信息后，切换容错算法，并且导通双向晶闸管(TRa1、TRa2),关断双向晶闸管TRa3，容错结果如图7（a）、图7（b）所示。从图7（a）可以看出，容错后，三相电流恢复至故障前运行状态，从图7（b）可以看出，中点电压恢复至直流母线电压的一半。
综上所述，本发明通过获取故障信息，改变相应的系统硬件拓扑以及控制算法，能够实现任意内管开路故障情况的三相电流恢复，恢复高电能质量，实现容错运行。
以上实施例可证明本发明的有效性，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (6)
1.一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，其特征在于，容错型NPC型三电平整流器中，交流侧三相输入端分别连接至a、b、c三相，a相桥臂由4个IGBT功率开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Da1、Da2、Da3、Da4，两个串联钳位二极管Dza1、Dza2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRa1、TRa2组成，交流侧a相连接至IGBT功率开关管Sa2与Sa3中点以及双向晶闸管TRa1与TRa2中点，钳位二极管Dza1与Dza2中点通过1个双向晶闸管TRa3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；b相桥臂由4个IGBT功率开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Db1、Db2、Db3、Db4，两个串联钳位二极管Dzb1、Dzb2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRb1、TRb2组成，交流侧b相连接至IGBT功率开关管Sb2与Sb3中点以及双向晶闸管TRb1与TRb2中点，钳位二极管Dzb1与Dzb2中点通过1个双向晶闸管TRb3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；c相桥臂由4个IGBT功率开关管Sc1、Sc2、Sc3、Sc4，与IGBT功率开关管反并联的4个二极管Dc1、Dc2、Dc3、Dc4，两个串联钳位二极管Dzc1、Dzc2，以及与两个串联钳位二极管并联的两个串联双向晶闸管TRc1、TRc2组成，交流侧c相连接至IGBT功率开关管Sc2与Sc3中点以及双向晶闸管TRc1与TRc2中点，钳位二极管Dzc1与Dzc2中点通过1个双向晶闸管TRc3连接至直流侧两串联电容Cd1与Cd2中点；
基于所述的容错型NPC型三电平整流器完成容错控制，包括如下步骤：
步骤1、确定无故障情况下的开关状态及基本电压矢量；
步骤2、确定故障条件下的开关状态及基本电压矢量；
步骤3、采用6扇区划分方式，对扇区进行划分；
步骤4、从重定义的基本电压矢量中选择作用矢量，并确定对应的作用时间；
步骤5、确定故障条件下的各开关管的导通时间；
步骤6、将开关管导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，完成容错控制；
其中，
步骤2，确定故障条件下的开关状态及基本电压矢量，具体方法为：
当容错型NPC型三电平整流器内管开路故障时，根据表1确定不同开关管开路故障时对应的双向晶闸管动作，将故障相的三电平桥臂切换为两电平桥臂：
表1 不同开关管开路故障对应的双向晶闸管动作
；
当Sa2开路故障、或Sa3开路故障、或Sa2和Sa3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRa1、TRa2，关断双向晶闸管TRa3；当Sb2开路故障、或Sb3开路故障、或Sb2和Sb3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRb1、TRb2，关断双向晶闸管TRb3；当Sc2开路故障、或Sc3开路故障、或Sc2和Sc3同时开路故障时，导通双向晶闸管TRc1、TRc2，关断双向晶闸管TRc3；
为适用于任意内管开路故障，针对容错型NPC型三电平整流器的12个功率开关管IGBT的开关状态及基本电压矢量进行重定义，将同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的开关状态定义为“1”，同一桥臂的上桥臂两个功率开关管关断并且下桥臂两个功率开关管导通的开关状态定义为“0”，这两个状态为同桥臂互补状态，三个桥臂在同桥臂互补状态前提下，存在8种开关状态组合，“000”、“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”、“111”对应8个基本电压矢量，即零矢量V0(000)、V7(111)，非零矢量V1(100)、V2(110)、V3(010)、V4(011)、V5(001)、V6(101)；
步骤4，从重定义的基本电压矢量中选择作用矢量，并确定对应的作用时间，具体方法为：
首先定义中间变量为：
；/> ；/>
式中，、/>为参考电压矢量在α、β两相静止坐标系下的电压分量，Udc为直流侧电压，Ts为采样周期；
然后根据表3确定各扇区的基本电压矢量的作用时间：
表3 扇区与基本电压矢量作用时间
；
各扇区基本电压矢量中零矢量的作用时间为：T0=Ts-T1-T2。
2.根据权利要求1所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，其特征在于，步骤1，确定无故障情况下的开关状态及基本电压矢量，具体方法为：
无故障情况下，双向晶闸管TRa1、TRa2、TRb1、TRb2、TRc1、TRc2关断，双向晶闸管TRa3、TRb3、TRc3导通，共有27个基本电压矢量，对应27个开关状态，基本电压矢量包括零矢量：V0P(PPP), V0O(OOO), V0N(NNN)；小矢量：V1P(POO), V1N(ONN)；V2P(PPO), V2N(OON)；V3P(OPO),V3N(NON)；V4P(OPP), V4N(NOO)；V5P(OOP), V5N(NNO)；V6P(POP), V6N(ONO)；中矢量：V7(PON),V8(OPN), V9(NPO), V10(NOP), V11(ONP), V12(PNO)；大矢量：V13(PNN), V14(PPN), V15(NPN), V16(NPP), V17(NNP), V18(PNP)；其中零矢量V0P(PPP), V0O(OOO), V0N(NNN)分别记为P型零矢量、O型零矢量、N型零矢量；小矢量存在N型小矢量与P型小矢量两类，VxN记为N型小矢量，VxP记为P型小矢量，VxN与VxP 互为冗余，x=1、2、3、4、5、6；括号内的三个字母分别表示三相的开关状态，第一个字母表示a相的开关状态，“P”表示a相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示a相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示a相下端的两个功率开关管导通; 第二个字母表示b相的开关状态，“P”表示b相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示b相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示b相下端的两个功率开关管导通; 第三个字母表示c相的开关状态,“P”表示c相上端的两个功率开关管导通，开关状态“O”表示c相中间的两个功率开关管导通，开关状态“N”表示c相下端的两个功率开关管导通。
3.根据权利要求1所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，其特征在于，步骤3，采用6扇区划分方式，对扇区进行划分，具体方法为：
定义函数：
；/> ；C/>
式中，、/>为参考电压矢量在α、β两相静止坐标系下的电压分量；
定义符号函数：
式中，i为A、B、C；
定义扇区计算值N：
通过表2确定N值与实际扇区编号之间的对应关系，完成扇区划分；
表2 N的计算值与扇区对应关系表
；
基本电压矢量与各扇区对应关系为：I扇区对应基本电压矢量(V0,V1,V2,V7)，II扇区对应基本电压矢量(V0,V2,V3,V7)，III扇区对应基本电压矢量(V0,V3,V4,V7)，IV扇区对应基本电压矢量(V0,V4,V5,V7)，V扇区对应基本电压矢量(V0,V5,V6,V7)，VI扇区对应基本电压矢量(V0,V1,V6,V7)。
4.根据权利要求1所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，其特征在于，步骤5中，确定容错型NPC型三电平整流器故障条件下的各开关管的导通时间，具体方法为：
a相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
b相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
c相桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间计算公式为：；
式中，Ts为采样周期，T1为非零矢量Vn1作用时间，T2为非零矢量Vn2作用时间；
将同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间简称为开关管导通时间，根据表4确定不同扇区的开关管导通时间：
表4 不同扇区的开关管导通时间
；
在一个开关周期内，同一桥臂的上桥臂两个功率开关管关断并且下桥臂两个功率开关管导通的时间与同一桥臂的上桥臂两个功率开关管导通并且下桥臂两个功率开关管关断的时间互补。
5.根据权利要求1所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，其特征在于，步骤6，将开关管导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，具体方法为：
采用DPWM技术，将开关管导通时间与周期为采样周期的等腰三角形波进行调制，基于对称原则和THD最低原则来确定基本电压矢量的作用顺序，得到12路功率开关管IGBT的PWM脉冲，完成容错控制。
6.一种容错型NPC型三电平整流器的容错控制系统，其特征在于，实施权利要求1-5任一项所述的容错型NPC型三电平整流器的容错控制方法，实现容错型NPC型三电平整流器的容错控制。
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| CN202310710042.3A CN116436317B (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种容错型npc型三电平整流器及其容错控制方法和系统 |
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| CN107508481A (zh) * | 2017-10-20 | 2017-12-22 | 中南大学 | 一种两相容错逆变系统及其控制方法 |
| CN112104214A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-18 | 同济大学 | 三电平逆变器开关管复合开路故障的自适应容错控制方法 |
-
2023
- 2023-06-15 CN CN202310710042.3A patent/CN116436317B/zh active Active
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| CN112104214A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-18 | 同济大学 | 三电平逆变器开关管复合开路故障的自适应容错控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Fault tolerance in back-to-back three-level neutral-point-clamped induction motor drives;L M A Caseiro等;7th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2014);第1-6页 * |
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|---|---|
| CN116436317A (zh) | 2023-07-14 |
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