三电平电力变换器的容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平电力变换器的容错控制方法，该方法在T型三电平电力变换器在半桥功率开关发生断路故障和中点功率开关发生断路故障时，通过选取适当的输出电平组合来合成参考电压矢量，来实现对T型三电平电力变换器开关模块断路故障的容错控制。本发明专利技术克服了现有容错控制方法存在的过程复杂、实现繁琐以及引起换流回路电感增大、回路中电容减小等缺点，能够简单方便地实现对T型三电平电力变换器半桥功率开关断路故障的容错控制、在避免出现过高尖峰电压的情况下实现T型三电平电力变换器的容错控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三电平电力变换器的控制方法，具体涉及一种三电平电力变换器的容错控制方法。
技术介绍
与传统两电平变换器相比，三电平电力变换器具有功率器件承受电压应力小、电压变化率dv/dt小、输出波形谐波特性好、开关频率低和效率高等优点，特别适用于高压大容量功率变换场合。但在运行过程中，构成T型三电平电力变换器的功率开关可能会因热循环、集电极过电流或门驱动故障等原因发生断路故障，从而导致整个装置故障。三电平电力变换器的结构决定了其在功率开关发生断路故障时可以通过适当调整其控制方法来实现三电平电力变换器的容错控制。根据三电平电力变换器中发生断路故障的功率开关的位置的不同，可以将其分为半桥功率开关断路故障和中点功率开关断路故障。目前，对于三电平电力变换器的半桥功率开关断路故障的容错控制问题，文献1Diagnosisandtolerantstrategyofanopen-switchfaultforT-typethree-levelinvertersystem,IEEETrans.industryapplications,Vol.50,No.1,Jan/Feb,2014，提出一种用于实现T型三电平电力变换器的半桥功率开关断路故障的容错控制方法,该方法采用根据发生断路故障的半桥功率开关的位置在三相开通时间基础上增加或减小最小开通时间Tmin、第一次P型和N型开关状态(即本专利技术中的输出电平组合)替换、第二次P型和N型输出电平组合替换以及输出电平组合再排序等方式实现了对T型三电平电力变换器的半桥功率开关断路故障的容错控制。但是该方法涉及多次输出电平组合替换，特别是还涉及到输出电平组合再排序，使得该方法过程复杂、实现繁琐。对于三电平电力变换器的中点功率开关断路故障的容错控制问题，文献1提出将因中点功率开关断路故障而无法产生的输出电平组合替换为其相邻的其它输出电平组合，从而实现对T型三电平电力变换器的中点功率开关断路故障的容错控制，但其本质还是利用输出电平P和输出电平N去产生参考电压；文献2Anopen-switchfaultdetectionmethodandtolerantcontrolsbasedonSVPWMinagrid-connectedT-typerectifierwithunitypowerfactor,IEEETrans.industrialelectronics提出在包含有因中点功率开关断路故障而无法产生的输出电平O的区域采用关断中点功率开关、执行标准的两电平SVPWM方法进行控制，从而实现对T型三电平电力变换器的中点功率开关断路故障的容错控制，与文献1中方法相同，其实质同样是利用输出电平P和输出电平N产生参考电压。利用输出电平P和输出电平N产生参考电压的一个显著缺点为：采用两电平SVPWM时，电平在直接输出电平P和输出电平N间切换，这会导致换流回路电感增大、回路中电容减小等，从而引起过高尖峰电压，进而可能导致其它三电平电力变换器发生故障。因此，如何简单方便地实现对三电平电力变换器半桥开关断路故障的容错控制、如何在避免出现因换流回路电感增大、回路中电容减小而导致过高尖峰电压的情况下实现三电平电力变换器的容错控制就成为三电平电力变换器的一个有待解决的重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三电平电力变换器的容错控制方法，它可以简单方便地实现对三电平电力变换器竖桥功率开关断路故障的容错控制，还可以在避免出现因换流回路电感增大、回路中电容减小而导致过高尖峰电压的情况下对发生开关模块出现开路故障的三电平电力变换器进行容错控制。为解决上述技术问题，本专利技术三电平电力变换器的容错控制方法的技术解决方案为：当三电平电力变换器的期望输出电压矢量位于由零矢量为中心、以六个小矢量为顶点连线组成的六边形的内切圆内时，所述控制方法为：如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的正端相连的正开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的正输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的正电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：①、A→C→E→E→C→A；②、C→A→G→G→A→C；如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的负端相连的负开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的负输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的负电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：a、D→B→E→E→B→D；b、B→D→F→F→D→B；其中，A是对应于奇数编号小矢量的负输出电平组合，B是对应于奇数编号小矢量的正输出电平组合，C是对应于偶数编号小矢量的负输出电平组合，D是对应于偶数编号小矢量的正输出电平组合，E是对应于零矢量的输出电平组合OOO，F是对应于零矢量的输出电平组合PPP，G是对应于零矢量的输出电平组合NNN，所述正输出电平组合是指仅包括正电平P和零电平O的输出电平组合，所述负输出电平组合是指仅包括零电平O和负电平N的输出电平组合。所述输出电平组合序列①是在输出电平组合序列A→C→E→B→B→E→C→A的基础上通过将输出电平组合B的作用时间增加给输出电平组合A的作用时间、同时将输出电平组合B的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列②是在输出电平组合序列C→A→G→D→D→G→A→C的基础上通过将输出电平组合D的作用时间增加给输出电平组合C的作用时间、同时将输出电平组合D的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列a是在输出电平组合序列D→B→E→C→C→E→B→D的基础上通过将输出电平组合C的作用时间增加给输出电平组合D的作用时间、同时将输出电平组合C的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列b是在输出电平组合序列B→D→F→A→A→F→D→B的基础上通过将输出电平组合A的作用时间增加给输出电平组合B的作用时间、同时将输出电平组合A的作用时间置零后得到的。本专利技术还提供另一种三电平电力变换器的容错控制方法，其技术解决方案为：当三电平电力变换器的期望输出电压矢量位于由零矢量为中心、以六个小矢量为顶点连线组成的六边形的内切圆内时，所述控制方法为：如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的正端相连的正开关，那么当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中，仅有一个小矢量所对应的正输出电平组合中发生断路故障的开关所在相的位置包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的正电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：①、A→C→E→B→B→E→C→A；②、C→E→B→B→E→C；③、C→A→G→G→C→A；④、A→C→E→E→C→A；如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的负端相连的负开关，那么当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中，仅有一个小矢量所对应的负输出电平组合中发生断路故障的开关所在相的位置包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的负电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：a、D→B→E→C→C→E→B→D；b、B→E→C→C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：当三电平电力变换器的期望输出电压矢量位于由零矢量为中心、以六个小矢量为顶点连线组成的六边形的内切圆内时，所述控制方法为：如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的正端相连的正开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的正输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的正电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：①、A→C→E→E→C→A；②、C→A→G→G→A→C；如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的负端相连的负开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的负输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的负电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：a、D→B→E→E→B→D；b、B→D→F→F→D→B；其中，A是对应于奇数编号小矢量的负输出电平组合，B是对应于奇数编号小矢量的正输出电平组合，C是对应于偶数编号小矢量的负输出电平组合，D是对应于偶数编号小矢量的正输出电平组合，E是对应于零矢量的输出电平组合OOO，F是对应于零矢量的输出电平组合PPP，G是对应于零矢量的输出电平组合NNN，所述正输出电平组合是指仅包括正电平P和零电平O的输出电平组合，所述负输出电平组合是指仅包括零电平O和负电平N的输出电平组合。...

【技术特征摘要】
1.一种三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：当三电平电力变换器的期望输出电压矢量位于由零矢量为中心、以六个小矢量为顶点连线组成的六边形的内切圆内时，所述控制方法为：如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的正端相连的正开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的正输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的正电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：①、A→C→E→E→C→A；②、C→A→G→G→A→C；如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的负端相连的负开关，那么至少是当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中的两个小矢量所对应的负输出电平组合中，发生断路故障的开关所在相的位置同时包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的负电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：a、D→B→E→E→B→D；b、B→D→F→F→D→B；其中，A是对应于奇数编号小矢量的负输出电平组合，B是对应于奇数编号小矢量的正输出电平组合，C是对应于偶数编号小矢量的负输出电平组合，D是对应于偶数编号小矢量的正输出电平组合，E是对应于零矢量的输出电平组合OOO，F是对应于零矢量的输出电平组合PPP，G是对应于零矢量的输出电平组合NNN，所述正输出电平组合是指仅包括正电平P和零电平O的输出电平组合，所述负输出电平组合是指仅包括零电平O和负电平N的输出电平组合。2.根据权利要求1所述的三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：所述输出电平组合序列①是在输出电平组合序列A→C→E→B→B→E→C→A的基础上通过将输出电平组合B的作用时间增加给输出电平组合A的作用时间、同时将输出电平组合B的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列②是在输出电平组合序列C→A→G→D→D→G→A→C的基础上通过将输出电平组合D的作用时间增加给输出电平组合C的作用时间、同时将输出电平组合D的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列a是在输出电平组合序列D→B→E→C→C→E→B→D的基础上通过将输出电平组合C的作用时间增加给输出电平组合D的作用时间、同时将输出电平组合C的作用时间置零后得到的；所述输出电平组合序列b是在输出电平组合序列B→D→F→A→A→F→D→B的基础上通过将输出电平组合A的作用时间增加给输出电平组合B的作用时间、同时将输出电平组合A的作用时间置零后得到的。3.根据权利要求2所述的三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：所述输出电平组合的作用时间的增加和置零是通过将用于与载波信号进行比较来产生开关信号的调制波
\t同步增大至载波信号上限实现的，计算公式如下：d'x＝dx+(Top–max(dx))其中，dx分别是用于与载波信号进行比较来产生开关信号的调制波，d'x是同步增大后的调制波，x∈(R,S,T)，R、S和T分别是三电平电力变换器交流侧各相标识符，Top是载波信号的上限，max(*)为取最大值计算符。4.一种三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：当三电平电力变换器的期望输出电压矢量位于由零矢量为中心、以六个小矢量为顶点连线组成的六边形的内切圆内时，所述控制方法为：如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的正端相连的正开关，那么当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中，仅有一个小矢量所对应的正输出电平组合中发生断路故障的开关所在相的位置包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的正电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：①、A→C→E→B→B→E→C→A；②、C→E→B→B→E→C；③、C→A→G→G→C→A；④、A→C→E→E→C→A如果发生断路故障的开关是与三电平电力变换器直流侧的负端相连的负开关，那么当用于合成期望输出电压矢量的三个合成矢量中，仅有一个小矢量所对应的负输出电平组合中发生断路故障的开关所在相的位置包含有三电平电力变换器因开关发生断路故障而不能输出的负电平时，输出电平组合序列为下述任一输出电平组合序列：a、D→B→E→C→C→E→B→D；b、B→E→C→C→E→B；c、D→B→E→E→B→D；d、B→D→F→F→D→B。5.根据权利要求4所述的三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：所述输出电平组合序列①中A与B的作用时间根据三电平电力变换器的中点电位变化情况进行调节；所述输出电平组合序列a中C与D的作用时间根据三电平电力变换器的中点电位变化情况进行调节。6.根据权利要求4所述的三电平电力变换器的容错控制方法，其特征在于：所述输出电平组合序列②是在输出电平组合序列①的基础上通过将输出电平组合A的作用时间增加给输出电平组合B的作用时间、同时将输出电平组合A的作用时间置零后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉东，钱敏，奚良，何晓光，贺东方，王晗，
申请(专利权)人：上海三菱电梯有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31