[发明专利]一种三相桥式PWM整流器开关管开路故障容错控制方法

说明书

本发明公开了一种三相桥式PWM整流器开关管开路故障容错控制方法，属于三相交直流变换领域。本发明为解决现有容错控制方案存在的多管故障容错控制不完善、硬件成本高等问题。所述方法利用三相桥式PWM整流器中任一开关管开路故障时局部的空间电压矢量出现变化这一特征，通过修正PWM开关模式，即重新选择基本电压矢量并调整其作用顺序和时间，重新合成以恢复或接近原旋转参考电压矢量，维持系统正常运行，实现容错控制运行。本发明公开的方法，对于三相桥式PWM整流器中单个和多个开关管同时开路故障情况，均能实现有效容错控制运行，仅需要软件算法，简单易于实现，无需增加额外的硬件成本。

技术领域

本发明公开了一种用于三相桥式PWM整流器的开关管开路故障容错控制方法，属于三相交直流变换领域。

背景技术

相比于传统的不控整流或相控整流方案，三相桥式PWM整流器具有直流电压可控、可实现单位功率因数、网侧电流谐波小以及能量可以双向流动等优点，在中、大功率场合得到了广泛应用。而PWM整流器中，因功率开关器件耐压、耐流及耐冲击等能力的限制或控制不当导致的故障时有发生，严重影响着系统的运行可靠性。调查显示，约38％的功率变换系统故障是由于功率开关器件失效引起，主要包括短路故障和开路故障。前者会在瞬间造成大的危害，需借助硬件保护快速动作；后者不会导致系统关机，但会引起网侧电流畸变、直流侧电压脉动等，变换器长期工作在异常状态，可能引起二次故障。因此在故障隔离后，需实施适当的拓扑重构和容错控制算法，以保证系统不中断运行，并尽可能恢复故障前的性能，即实现系统的容错运行。因此，解决好整流器的容错控制问题成为保证系统连续、稳定运行的关键。

近年来，对功率变换器的容错控制研究集中于三相电机驱动器(三相桥式逆变器)，并已形成较完整的理论体系。“桥臂冗余拓扑”通过控制连接在故障桥臂和冗余桥臂间的双向晶闸管，可实现故障桥臂的隔离和切换。此方法重构的拓扑与正常下相同，控制策略无需调整，但增加了系统成本。为了克服这一缺点，“开关冗余拓扑”用串联的两电容代替冗余桥臂，使故障后的拓扑变为三相四开关结构，此方法的缺点是直流电压利用率降低一半。“三相四桥臂容错拓扑”通过控制连接在交流侧中点和冗余桥臂间的双向晶闸管，使故障后系统工作在两相三桥臂模式，其缺点是故障相缺失功率。“两相四开关拓扑”用串联的两电容代替三相四桥臂拓扑中的冗余桥臂，通过控制连接在交流侧中点和电容桥臂间的双向晶闸管，使故障后系统工作在两相四开关模式，其缺点是直流电压利用率降低一半，且故障相缺失功率。以上4种方法均属于硬件拓扑与软件容错结合型方案，需增加硬件成本。这一类方法同样适用于整流器情况，但三相整流器由于续流二极管的存在，开关管开路故障所在相电流不会像逆变器一样出现半周期完全缺失现象，故可采用较为经济的软件容错型方案进行控制。有方案提出了三相三电平整流器的容错控制方法，通过修正开关模式，对参考电压矢量实现修正，实现整流器的容错运行，无需额外元件。上述方法均只考虑单个开关管开路故障模式，当发生多管故障时容错控制无效。从可靠性角度考虑，只研究单管故障情况不够全面，有必要对多管同时开路故障下的容错方法进行研究。

综上所述，现有文献对三相桥式PWM整流器开关管开路故障提出的容错控制方法，从实现多管开路故障容错、无需硬件成本、实现算法简单等多方面评估还有许多不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提出一种用于三相桥式PWM整流器的开关管开路故障容错控制方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于修正PWM开关模式的三相桥式PWM整流器开关管开路故障容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1，根据检测到的开路故障的信息，按表1确定受故障影响的扇区，其中灰色区域为矢量变化仅受零矢量影响的区域，半阴影区域为受零矢量和一个有效矢量共同影响的区域。