[发明专利]基于矢量钳位调制策略的双三电平逆变器拓扑的容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于矢量钳位调制策略的双三电平逆变器拓扑的容错控制方法，适用电机驱动系统使用。容错电路为六个双向晶闸管TR1‑TR6，分别与双三电平逆变器系统的中点连接。当双三电平逆变器系统无故障时，TR1‑TR6均处于断开状态，当双三平逆变器系统出现开关管故障时，通过打开故障开关管所在相的双向晶闸管，实现容错控制。同时，在一个PWM周期内，一个逆变器处于钳位状态，另一个逆变器进行矢量合成，两个逆变器交替运行在钳位状态和矢量合成状态，从而在实现容错控制的同时，减少系统开关损耗。特别地，三电平逆变器拓扑中需考虑中点电位平衡问题，所述方法能够实现中点电位平衡。该容错方法结构简单，使用方便，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种容错控制方法，尤其适用于电机驱动系统使用的一种基于矢量钳位调制策略的双三电平逆变器拓扑的容错控制方法。

背景技术

电机驱动系统主要由控制器、驱动器、逆变器以及电机组成，其中逆变器和驱动系统最容易故障。不及时发现此类故障时，会导致故障扩大。电机驱动的可靠运行直接关系到人身财产安全，所以研究逆变器系统容错控制对提升电机驱动系统的可靠性具有重要意义。

开绕组结构本身具有容错性能，而且开绕组结构两端各使用一组逆变器供电，构成双逆变器开绕组电机结构，输出电压电流更加接近于正弦波，开关应力较单三电平逆变器系统更小，所以该结构被广泛应用于船舶驱动、矿井生产等安全性要求较高的领域。

目前，针对双逆变器系统故障，国内外学者做了大量的研究。一种最直接的方法是当某一逆变器发生故障时，直接切除故障点所在逆变器，利用未故障的另一组逆变器系统进行容错控制。此方法最为简单，无需复杂算法，但是不利用功率均分。有的文献提出利用增加冗余桥臂的方式实现容错控制，即额外增加一个桥臂。当系统无故障时，该桥臂独立于系统，当系统某一桥臂出现故障时，把冗余桥臂接入系统。该方法只能实现一个桥臂故障的容错控制。有文献改进了此种方法，即把额外增加一个桥臂分成两个半桥臂，能够实现同时两个桥臂故障的容错。但该方法由于增加了一个桥臂，增加了系统的成本，不利用实际应用。还有的文献提出当某一桥臂或该桥臂开关管故障时，直接切除这一相，利用剩余两相进行容错控制。但是缺相运行会导致输出电压电流波形较差，无法实际应用。

另一方面，目前文献多集中于研究双两电平逆变器系统的容错控制，双三电平逆变器系统的容错控制技术很少有人研究，双三电平逆变器系统的容错控制需要注意的是三电平逆变器系统存在的中点电位平衡问题。

发明内容

技术问题：本发明在分析现有双三电平逆变器系统故障容错控制方法的基础上，提出一种基于矢量钳位调制策略的双三电平逆变器拓扑的容错控制方法。该方法能够在实现开关管故障容错的基础上，减少开关损耗，并且该方法能够兼顾三电平逆变器系统特有的中点电位平衡问题，保证进行容错时中点电位平衡。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的基于矢量钳位调制策略的双三电平逆变器拓扑的容错控制方法，涉及的双三电平逆变器系统包括逆变器Ⅰ和逆变器Ⅱ，其中逆变器Ⅰ包含桥臂A1、桥臂B1和桥臂C1；逆变器Ⅱ包含桥臂A2、桥臂B2和桥臂C2，桥臂A1通过双向晶闸管TR1与系统中点连接，桥臂B1通过双向晶闸管TR2与系统中点连接，桥臂C1通过双向晶闸管TR3与系统中点连接，桥臂A2通过双向晶闸管TR4与系统中点连接，桥臂B2通过双向晶闸管TR5与系统中点连接，桥臂C2通过双向晶闸管TR6与系统中点连接；

步骤1)当逆变器Ⅰ和逆变器Ⅱ无故障发生时所有双向晶闸管均处于断开状态，当逆变器Ⅰ和逆变器Ⅱ出现开关管故障时，通过开启故障开关管所在相的双向晶闸管实现容错控制；

步骤2)把故障相矢量钳位在0电平，利用故障相矢量为0电平的剩余矢量进行矢量合成，确定拓扑重构后的剩余矢量；

步骤3)将预知的参考电压矢量U_ref分解到α-β坐标系；