一种提高三相四开关容错逆变器直流电压利用率的方法及系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制
，具体的说是涉及一种提高四开关容错逆变器直流电压利用率的方法及系统。
技术介绍
电压源逆变器已在金属轧制、矿井提升、船舶推进、机车牵引和军事等领域得到广泛应用，是交直流变换的主要设备。然而，在系统运行过程中难免出现一些故障，如电力电子开关器件开路、短路等故障，如果没有预先设置的保护措施或容错策略，故障的发生将会导致系统丧失正常的运行能力，轻则影响工业生产，重则造成灾难性事件危及人身安全。因此，为获得更高可靠性，要求在逆变器出现故障时系统仍然能够持续运行，即系统要具有故障容错运行能力。三相六开关逆变器开关管发生故障后，对其主电路拓扑进行重构，得到四开关容错拓扑电路。四开关容错逆变器的最大直流电压利用率只有六开关的一半，造成带载能力大大降低。为了维护系统的稳定性以及尽量恢复到系统故障前的性能，我们可采用过调制算法来提高四开关容错逆变器的直流电压利用率，进而增大输出转矩。另一方面，由于四开关容错逆变器直流侧电源电压波动、电容参数的不对称以及负载电流对电容产生不同充放电过程等因素的影响，实际系统中还存在着直流侧母线电容电压不平衡的问题，如果不加处理，将给容错逆变器的运行产生不利影响，因此直流母线电压不平衡问题必须加以考虑。根据文献检索，已出现将传统六开关逆变器过调制算法等效运用到四开关容错逆变器，用来提高直流电压利用率的方法。该方法将整个过调制区域分为三部分，在过调制I区和过调制II区采用计算控制角来控制实际输出电压矢量的补偿，在过调制III区采用计算保持角来控制实际输出电压矢量的补偿。该方法一定程度上提高了四开关逆变器的输出电压，...
【技术保护点】
一种提高四开关容错逆变器直流电压利用率的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算并判断四开关容错逆变器的直流侧电容电压不平衡系数ε是否为0，是则执行S3，否则执行S2；S2、修正四开关容错逆变器的四个有效电压矢量并分别计算被修正后的四个有效电压矢量各自所对应的电压矢量的幅值后执行S3；S3、计算四开关容错逆变器的参考电压矢量幅值；S4、基于S3中所计算的参考电压矢量幅值，计算用于对四个电压矢量所构成的复平面进行调制区域划分的调制比参数M，所述调制比参数M计算公式如下：M=π|Ur|Udc---(1)]]>其中，|Ur|为参考电压矢量幅值，Udc为直流母线电压；S5、基于所计算的调制比参数M的大小，对四个电压矢量所构成的复平面进行调制区域划分，即将其划分为线性调制区、过调制I区、过调制II区和过调制III区；所述线性调制区的范围为0＜M≤M1，过调制I区的范围为M1＜M≤M2、过调制II区的范围为M2＜M≤M3、过调制III区的范围为M3＜M≤Mmax，其中M1=0.9069;M2=0.9517;M3=0.9613;Mmax=1.2216;---(2);]]>S6、对所划分的过调...
【技术特征摘要】
1.一种提高四开关容错逆变器直流电压利用率的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算并判断四开关容错逆变器的直流侧电容电压不平衡系数ε是否为0，是则执行S3，否则执行S2；S2、修正四开关容错逆变器的四个有效电压矢量并分别计算被修正后的四个有效电压矢量各自所对应的电压矢量的幅值后执行S3；S3、计算四开关容错逆变器的参考电压矢量幅值；S4、基于S3中所计算的参考电压矢量幅值，计算用于对四个电压矢量所构成的复平面进行调制区域划分的调制比参数M，所述调制比参数M计算公式如下： M = π | U r | U d c - - - ( 1 ) ]]>其中，|Ur|为参考电压矢量幅值，Udc为直流母线电压；S5、基于所计算的调制比参数M的大小，对四个电压矢量所构成的复平面进行调制区域划分，即将其划分为线性调制区、过调制I区、过调制II区和过调制III区；所述线性调制区的范围为0＜M≤M1，过调制I区的范围为M1＜M≤M2、过调制II区的范围为M2＜M≤M3、过调制III区的范围为M3＜M≤Mmax，其中 M 1 = 0.9069 ; M 2 = 0.9517 ; M 3 = 0.9613 ; M max = 1.2216 ; - - - ( 2 ) ; ]]>S6、对所划分的过调制I区、过调制II区和过调制III区分别设定各区所对应的过调制算法，并基于各过调制算法合成四开关容错逆变器的实际输出电压矢量或称为补偿电压矢量；S7、基于伏秒平衡原则计算所合成的补偿电压矢量对应的两个有效电压矢量和等效零矢量的作用时间T1、T2、T0，进而完成对应的PWM调制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述直流侧电容电压不平衡系数的计算公式为 ϵ = 1 2 - V 1 U d c - - - ( 3 ) ]]>式(3)中，V1是直流侧电容C1两端电压，Udc为直流母线电压，ε＝0即直流侧电容电压处于平衡。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对四开关容错逆变器的四个有效电压矢量U1,U2,U3,U4进行修正，得到电压矢量U′1,U′2,U′3,U′4的过程为：令 U 1 ′ = aU 1 ; U 2 ′ = bU 1 + cU 2 + dU 3 ; U 3 ′ = eU 3 ; U 4 ′ = fU 1 + gU 4 + hU 3 ; - - - ( 4 ) ]]>当V1≤V2时， a = V 1 + V 2 2 V 2 ; b = 0 ; c = 1 ; d = V 2 - V 1 2 V 1 ; e = V 1 + V 2 2 V 1 ; f = 0 ; g = 1 ; h = V 2 - V 1 2 V 1 ; - - - ( 5 ) ]]>当V1＞V2时， a = V 1 + V 2 2 V 2 ; b = V 1 - V 2 2 V 2 ; c = 1 ; d = 0 ; e = V 1 + V 2 2 V 1 ; f = V 1 - V 2 2 V 2 ; g = 1 ; h = 0 ; - - - ( 6 ) ]]>上式中V2是直流侧电容C2两端电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过调制I区对应的过调制算法为：首先定义过调制I区对应的过调制系数 k 1 = M - M 1 M 2 - M 1 - - - ( 7 ) ]]>其次对参考电压矢量进行修正，其包括如下：在第一扇区，当参考电压矢量相位在[0,π/3)时，由加权系数为(1-k1)的内切圆电压矢量Urins和加权系数为k1的四边形边界电压矢量Urq合成补偿电压矢量，当参考电压矢量相位在[π/3,π/2)时，补偿电压矢量保持和参考电压矢量相同，即 U r * = k 1 U r q + ( 1 - k 1 ) U r i n s , 0 ≤ θ < π / 3 U r , π / 3 ≤ θ < π / 2 - - - ( 8 ) ]]>其中， U r i n s = U d c 2 3 e j θ - - - ( 9 ) ]]> U r q = U d c 2 3 cos ( θ - π / 6 ) e j θ - - - ( 10 ) ; ]]>在第二扇区，当参考电压矢量相位在[π/2,2π/3)，补偿电压矢量保持和参考电压矢量相同；当参考电压矢量相位在[2π/3,π)时，由加权系数为(1-k1)的内切圆电压矢量和加权系数为k1的四边形边界电压矢量合成补偿电压矢量，即 U r * = U r , π / 2 ≤ θ < 2 π / 3 k 1 U r q + ( 1 - k 1 ) U r i n s , 2 π / 3 ≤ θ < π - - - ( 11 ) ; ]]>在第三扇区，当参考电压矢量相位在[π,4π/3)时，由加权系数为(1-k1)的内切圆电压矢量Urins和加权系数为k1的四边形边界电压矢量Urq合成补偿电压矢量，当参考电压矢量相位在[4π/3,3π/2)时，补偿电压矢量保持和参考电压矢量相同，即 U r * = k 1 U r q + ( 1 - k 1 ) U r i n s , π ≤ θ < 4 π / 3 U r , 4 π / 3 ≤ θ < 3 π / 2 - - - ( 12 ) ; ]]>在第四扇区，当参考电压矢量相位在[3π/2,5π/3)，补偿电压矢量保持和参考电压矢量相同；当参考电压矢量相位在[5π/3,2π)时，由加权系数为(1-k1)的内切圆电压矢量和加权系数为k1的四边形边界电压矢量合成补偿电压矢量，即 U r * = U r , 3 π / 2 ≤ θ < 5 π / 3 k 1 U r q + ( 1 - k 1 ) U r i n s , 5 π / 3 ≤ θ < 2 π - - - ( 13 ) ; ]]>所述过调制II区对应的过调制算法为：首先定义过调制II区对应的过调制系数 k 2 = M - M 2 M 3 - M 2 - - - ( 14 ) ]]>其次对参考电压矢量进行修正，其包括如下：在第一扇区，当参考电压矢量相位在[0,π/3)时，补偿电压矢量为四边形边界电压矢量Urq；当参考电压矢量相位在[π/3,π/2)时，由加权系数为(1-k2)的以M2Udc/π为半径的圆对应的电压矢量Urm和加权系数为k2的四边形边界电压矢量Urq合成补偿电压矢量，即 U r * = U r q , 0 ≤ θ < π / 3 k 2 U r q + ( 1 - k 2 ) U r m , π / 3 ≤ θ < π / 2 - - - ( 15 ) ]]>其中， U r m = M 2 U d c π e j θ - - - ( 16 ) ]]>在第二扇区，当参考电压矢量相位在[π/2,2π/3)，由加权系数为(1-k2)的以M2Udc/π为半径的圆对应的电压矢量和加权系数为k2的四边形边界电压矢量合成补偿电压矢量；当参考电压矢量相位在[2π/3,π)时，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量，即 U r * = k 2 U r q + ( 1 - k 2 ) U r m , π / 2 ≤ θ < 2 π / 3 U r q , 2 π / 3 ≤ θ < π - - - ( 17 ) ]]>在第三扇区，当参考电压矢量相位在[π,4π/3)时，补偿电压矢量为四边形边界电压矢量Urq；当参考电压矢量相位在[4π/3,3π/2)时，由加权系数为(1-k2)的以M2Udc/π为半径的圆对应的电压矢量Urm和加权系数为k2的四边形边界电压矢量Urq合成补偿电压矢量，即 U r * = U r q , π ≤ θ < 4 π / 3 k 2 U r q + ( 1 - k 2 ) U r m , 4 π / 3 ≤ θ < 3 π / 2 - - - ( 18 ) ]]>在第四扇区，当参考电压矢量相位在[3π/2,5π/3)，由加权系数为(1-k2)的以M2Udc/π为半径的圆对应的电压矢量和加权系数为k2的四边形边界电压矢量合成补偿电压矢量；当参考电压矢量相位在[5π/3,2π)时，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量，即 U r * = k 2 U r q + ( 1 - k 2 ) U r m , 3 π / 2 ≤ θ < 5 π / 3 U r q , 5 π / 3 ≤ θ < 2 π - - - ( 19 ) ; ]]>所述过调制III区对应的过调制算法为：首先定义过调制III区对应的过调制系数 k 3 = M - M 3 M m a x - M 3 - - - ( 20 ) ]]>其次对参考电压矢量进行修正，其包括如下：在第一扇区，当参考电压矢量相位在[0,π/3)时，由加权系数为(1-k3)的四边形边界电压矢量Urq和加权系数为k3的有效电压矢量Urf合成补偿电压矢量；当参考电压矢量相位在[π/3,π/2)时，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量Urq，即 U r * = k 3 U r f + ( 1 - k 3 ) U r q , 0 ≤ θ < π / 3 U r q , π / 3 ≤ θ < π / 2 - - - ( 21 ) ]]>其中， U r f = U d c 3 e j 0 - - - ( 22 ) ]]>在第二扇区，当参考电压矢量相位在[π/2,2π/3)，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量；当参考电压矢量相位在[2π/3,π)时，由加权系数为(1-k3)的四边形边界电压矢量和加权系数为k3的短电压矢量合成补偿电压矢量，即 U r * = U r q , π / 2 ≤ θ < 2 π / 3 k 3 U r f + ( 1 - k 3 ) U r q , 2 π / 3 ≤ θ < π - - - ( 23 ) ]]>其中， U r f = U d c 3 e j π - - - ( 24 ) ]]>在第三扇区，当参考电压矢量相位在[π,4π/3)时，由加权系数为(1-k3)的四边形边界电压矢量Urq和加权系数为k3的有效电压矢量Urf合成补偿电压矢量；当参考电压矢量相位在[4π/3,3π/2)时，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量Urq，即 U r * = k 3 U r f + ( 1 - k 3 ) U r q , π ≤ θ < 4 π / 3 U r q , 4 π / 3 ≤ θ < 3 π / 2 - - - ( 25 ) ]]>其中， U r f = U d c 3 e j π - - - ( 26 ) ]]>在第四扇区，当参考电压矢量相位在[3π/2,5π/3)，补偿电压矢量保持为四边形边界电压矢量；当参考电压矢量相位在[5π/3,2π)时，由加权系数为(1-k3)的四边形边界电压矢量和加权系数为k3的短电压矢量合成补偿电压矢量，即 U r * = U r q , 3 π / 2 ≤ θ < 5 π / 3 k 3 U r f + ( 1 - k 3 ) U r q , 5 π / 3 ≤ θ < 2 π - - - ( 27 ) ]]>其中， U r f = U d c 3 e j 0 - - - ( 28 ) . ]]>5.一种提高四开关容错逆变器直流电压利用率的系统，其特征在于，包括：不平衡系数计算模块，该不平衡系数计算模块能够计算并判断四开关容错逆变...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭源博，李泽，张晓华，张铭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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