[发明专利]多电平逆变器的参考电压信号重构的容错控制方法

摘要

本发明公开了一种级联型多电平逆变器的参考电压信号重构容错控制方法。该逆变器的容错方法能根据故障诊断结果自动重构三相总电压的相位差和参考电压幅值系数，从而保障三相线电压平衡。在总电压信号的重构基础上，根据故障信号向量对输入各个H桥的参考电压进行再重构，以实现故障桥的切除以及正常桥的容错控制，保证实际参考电压完整的正弦特性。该逆变器可以实现故障情况下最大三相平衡线电压，并具有不添加冗余模块、无冗余调制算法，故障桥切除简便的优点，适用于可降载运行的用电设备。

主权项

一种级联型多电平逆变器的参考电压信号重构容错控制方法，所述级联型多电平逆变器包括多个直流电源、H桥电路、故障诊断模块、PWM波生成模块、电阻负载；PWM波生成模块产生开关信号驱动H桥电路将来自多个直流电源的直流电转换成交流电，对所述交流电的电压进行检测以及故障诊断，根据故障诊断结果重构PWM波对逆变器进行容错控制；故障诊断方法采用基于数据驱动的故障诊断方法，先根据故障类别采取正常与故障情况下三相电压信号样本，对样本进行FFT变换、PCA主元提取以及BP神经网络数据预处理训练得到BP神经网络的权值矩阵，然后在实时系统中，对采集到的三相电压信号进行FFT变换、PCA主元提取并利用所述权值矩阵进行故障诊断；级联型多电平逆变器中每一相的H桥主电路由n个H桥组成；将H桥自下而上排列，最下面的是第一个H桥，最上面的是第n个H桥；将第i个H桥的四个开关管分别标记为HiS1、HiS2、HiS3和HiS4，开关管选择为IGBT；Voi是第i个H桥的输出电压，Vo是该电路的总输出电压，将n个H桥的输出端级联后，使得由于每个H桥的直流电源电压均为E，所以Voi三个输出状态为0V或±E；这样，在任意时刻，Vo等于±nE、±(n‑1)E、…±E或0V，即每一相输出(2n+1)种不同的电平；基本PWM波调制算法选择为载波层叠SPWM调制算法；在每个H桥两端并联故障隔离开关Si，当故障发生时用来切除故障桥；H桥主电路中，一个H桥的IGBT开路故障分为一类故障，及不管故障桥内有几个IGBT发生开路故障，均将其归为该H桥故障；通过故障诊断模块对逆变器的输出电压做到实时的检测和故障诊断；根据诊断结果对三相总参考电压的幅值与相位进行重构，并且建立故障信号向量对各个H桥的参考电压信号进行再重构，从而利用重构后的PWM波对级联型多电平逆变器进行容错控制；其特征在于，所述级联型多电平逆变器的参考电压信号重构容错控制方法包括以下步骤：步骤1故障信号向量预设置：设λAi(i＝1,2,3....n)为A相中第i个H桥的故障信号，λAi＝0时，A相第i个H桥无故障，λi＝1时，A相第i个H桥有故障；uArefi+(t)为A相中第i个H桥左桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压，uArefi‑(t)为A相中第i个H桥右桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压；设λBi(i＝1,2,3....n)为B相中第i个H桥的故障信号，λBi＝0时，B相第i个H桥无故障，λBi＝1时，B相第i个H桥有故障；uBrefi+(t)为B相中第i个H桥左桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压，uBrefi‑(t)为B相中第i个H桥右桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压；设λCi(i＝1,2,3....n)为C相中第i个H桥的故障信号，λCi＝0时，C相第i个H桥无故障，λCi＝1时，C相第i个H桥有故障；uCrefi+(t)为C相中第i个H桥左桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压，uCrefi‑(t)为C相中第i个H桥右桥臂中与三角波相比生成PWM波的参考电压；三相电压正常工作时，三相各桥故障信号均为0，所以参考电压如下：uAref(t)=uArefi+(t)=uArefi-(t)=nsin(100πt)uBref(t)=uBrefi+(t)=uBrefi-(t)=nsin(100πt+2π3)uCref(t)=uCrefi+(t)=uCrefi-(t)=nsin(100πt-2π3)]]>设置三相故障信号向量：步骤2离线三相参考相电压幅值系数与相位重构预设置：设p、q、r分别为A、B、C三相中正常桥的个数，根据可能出现的故障情况对离线三相参考相电压幅值系数与相位作如下重构：当p＝q＝r时，p*＝q*＝r*＝p＝q＝r，其中θAB、θBC、θAC分别是A、B相之间的相位差，B、C相之间的相位差以及A、C相之间的相位差，p*、q*、r*为A相、B相和C相的参考电压幅值系数；其中当A相中正常桥个数最多时，当p＜q+r时，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(1)重构，当p≥q+r，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(2)重构，当B相中正常桥个数最多时，离线三相参考相电压幅值系数与相位重构如下：当q＜p+r时，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(3)重构，当q≥p+r时，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(4)重构，当C相中正常桥个数最多时，离线三相参考相电压幅值系数与相位重构如下：当r＜p+q时，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(5)重构，当r≥p+q时，θAB、θBC、θAC以及p*、q*、r*由式(6)重构，经过以上计算可得到各种情况下的离线三相参考相电压的幅值与相位差；步骤3在线三相参考相电压幅值系数与相位重构选择：对逆变器行进在线故障诊断，根据诊断结果更新故障信号向量A、B和C，并根据式(7)计算各相的剩余正常桥数：离线时已针对各种故障计算得到相对应地三相参考相电压幅值系数与相位重构值，所以在线时只需根据计算得到的p、q、r选择对应的参考相电压幅值系数与相位重构值对三相总相电压进行重构：步骤4故障桥切除与剩余正常桥再重构根据故障诊断结果向故障桥两端的旁路开关发送闭合指令，并结合式(9)对故障桥进行参考电压信号再重构从而将故障桥切除，各个正常桥的参考电压信号也按公式(9)进行再重构；