[发明专利]基于载波比较的三电平NPC逆变器容错控制方法

说明书

一种基于载波比较的三电平NPC逆变器容错控制方法。定义三相正弦波的最大值、中间值和最小值分别为U_max、U_mid和U_min，零序电压为U₀，所述的控制方法通过在30°到150°相角区域令U₀＝‑U_max，在210°到330°区域令U₀＝‑U_min，在其余区域令U₀＝‑U_mid，得到A相单管故障时的三相调制波。通过在150°到270°区域令U₀＝‑U_max，在330°到90°区域令U₀＝‑U_min，在其余区域令U₀＝‑U_mid，得到B相单管故障时的三相调制波。通过在270°到30°区域令U₀＝‑U_max，在90°到210°区域令U₀＝‑U_min，在其余区域令U₀＝‑U_mid，得到C相单管故障时的三相调制波。通过将故障相直接与直流母线中点相连，得到外管短路或内管开路故障时的容错拓扑。基于调制波与载波比较，得到各功率器件的PWM信号。本发明控制方法提高了三电平NPC逆变器的可靠性，并具备计算简单、易于方便的优点。

技术领域

本发明涉及一种容错控制方法。

背景技术

三电平NPC(Neutral Point Clamped)逆变器的主电路拓扑如图1所示，通过控制每相由上到下四个可控功率器件的开通与关断，三电平NPC逆变器可输出三种不同的电平状态。相比于两电平逆变器，三电平NPC逆变器具有输出功率大、输出电流谐波含量低等优点；相比于级联H桥多电平拓扑，三电平NPC逆变器结构更简单、更易实现背靠背运行。因此，三电平NPC逆变器在冶金采矿、航空航天、变频调速等大功率领域得到了广泛的应用。

三电平NPC逆变器属于多电平电压源型逆变器。文献《多电平电压源型逆变器的容错技术综述》(徐帅.[J].电工技术学报,2015,30(21):39-50.)指出，对于多电平逆变器，随着电平数的增加，逆变器的能量密度和功率半导体器件的数量也随之增加。而受当前半导体器件整体制造水平的限制，逆变器发生故障的概率也在增大。在航空航天、变频调速等对设备连续运行要求较高的场合，一旦逆变器故障导致系统停机，不仅会产生巨大的经济损失，而且可能造成严重的灾难事故。

逆变器的容错控制是指当逆变器发生故障时，通过重构逆变器拓扑，或者调整控制策略，或者以二者结合的方式，在满足性能指标基本不变或在可接受的范围内略有牺牲的前提下维持系统的持续、安全、可靠运行。采用容错控制是提高逆变器可靠性和安全性的有效方法，因此，研究适用于三电平NPC逆变器的容错控制方法具有实际的应用价值。

三电平NPC逆变器共存在27个空间矢量，定义三电平NPC逆变器由高到低输出的三种电平状态分别为P、O、N，则三电平NPC逆变器的各空间矢量可总结于图2。图2中各空间矢量依据其幅值大小可分类为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量，具体分类如表1。

表1三电平NPC逆变器的各空间矢量分类

位置相同且幅值相同的两个空间矢量互为冗余矢量，由表1可知，三电平NPC逆变器的零矢量和小矢量存在冗余状态。故当功率器件发生故障时，可通过合理使用冗余空间矢量，使三电平NPC逆变器实现容错运行。