适用于级联全桥NPC逆变器的无缝开路故障模型预测容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于级联全桥NPC逆变器的无缝开路故障模型预测容错控制方法，涉及级联多电平逆变器故障容错控制领域。容错拓扑由n+1个子模块串联构成；子模块1至n为普通子模块，子模块n+1为冗余子模块；普通子模块交流输出侧配置了双向晶闸管，冗余子模块交流输出侧未配置双向晶闸管。在正常运行阶段，普通子模块投入运行，冗余子模块旁路；在故障诊断阶段，普通子模块继续在故障条件下运行，冗余子模块对开路故障器件引起的电流跟踪误差进行实时补偿；在故障重构阶段，故障子模块切除，冗余子模块代替故障子模块投入运行。本发明专利技术可在故障诊断阶段维持级联全桥NPC逆变器输出电流波形的完整性，可在单个器件开路故障的条件下实现输出电流的无缝输出，提高系统可靠性。提高系统可靠性。提高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
适用于级联全桥NPC逆变器的无缝开路故障模型预测容错控制方法


[0001]本专利技术涉及级联多电平逆变器故障容错控制领域，具体为一种适用于级联全桥NPC逆变器的无缝开路故障模型预测容错控制方法。

技术介绍

[0002]由于单个电力电子器件的耐压值和通流能力有限，导致单模块型逆变器的输出功率和输出电压有限，无法满足高压、大功率场合的应用需求，因而可将多个单模块型逆变器串联以进一步增加逆变器的输出功率和输出电压。相对于单模块型逆变器，多模块级联型逆变器的优点在于：1)在不增加开关器件耐压的条件下增加了逆变器的输出电平数；2)减小了阶跃电压(du/dt)；3)以较低的开关频率获得较高的输出等效频率；4)提高了输出电压的波形质量；5)不同的子模块相互独立，便于进行冗余容错控制。
[0003]级联全桥NPC逆变器是一种常用的多模块级联型逆变器，被应用于光伏发电系统、列车牵引供电系统以及数字功率放大系统。级联全桥NPC逆变器使用了很多电力电子器件(IGBT、MOSFET以及MOSFET等)，其安全稳定性受到电力电子器件可靠性的制约。电力电子器件的故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
0]；二、若判断级联全桥NPC逆变器当前的运行阶段为故障诊断：1)普通子模块的控制方法包括以下步骤：
①
依次按式(1)和式(2)计算总输出电平数M(k)：
②
依次按a、b、c将总输出电平数M(k)分配至每个普通子模块：a、求所有普通子模块电容电压差值ΔU
C1
、ΔU
C2
、
……
、ΔU
Cn
的绝对值|ΔU
C1
|、|ΔU
C2
|、
……
、|ΔU
Cn
|；b、对|ΔU
C1
|、|ΔU
C2
|、
……
、|ΔU
Cn
|进行降序排序；c、由前至后地进行第一趟电平分配：当M(k)>0时，每个子模块被分配得到+1电平，当M(k)<0时，每个子模块被分配得到
‑
1电平，直至总电平数M(k)被分配完；若第一趟未能将M(k)分配完，则进行第二趟由后至前地反向分配，直至总电平数M(k)被分配完；第一个子模块至第n个子模块最终被分配得到的电平数依次用M1(k)、M2(k)、
……
、M
n
(k)表示；
③
根据每个普通子模块分配得到的输出电平数确定该子模块的开关状态，所有普通子模块均采用相同的开关状态确定方法：若某子模块被分配得到+2电平，则该子模块的开关状态被确定为[1 1 0 0 0 0 1 1]；若某子模块被分配得到+1电平，则当该子模块的电容电压差值与输出电流同号时该子模块的开关状态应被确定为[1 1 0 0 0 1 1 0]，反之该子模块的开关状态应被确定为[0 1 1 0 0 0 1 1]；若某子模块被分配得到0电平，则该子模块的开关状态被确定为[0 1 1 0 0 1 1 0]；若某子模块被分配得到
‑
1电平，则当该子模块的电容电压差值与输出电流同号时该子模块的开关状态应被确定为[0 0 1 1 0 1 1 0]，反之该子模块的开关状态应被确定为[0 1 1 0 1 1 0 0]；若某子模块被分配得到
‑
2电平，则该子模块的开关状态被确定为[0 0 1 1 1 1 0 0]；2)冗余子模块的控制方法包括如下步骤：
①
依次按式(3)和式(4)计算冗余子模块输出电平数M
n+1
(k)：(k)：式(3)中，Δi
o
(k)表示级联全桥NPC逆变器交流输出电流跟踪误差在第k个控制周期的采样值；T
R
表示冗余子模块模型预测控制的控制周期；T
R
与公式(1)中T
S
的关系为：T
S
＝qT
R
，q＝1，2，
……
，10；
②
确定冗余子模块的开关状态SW
n+1
，方法为：若M
n+1
(k)＝+2，则该子模块的开关状态被确定为[1 1 0 0 0 0 1 1]；若M
n+1
(k)＝+1，则当该子模块的电容电压差值与输出电流同号时该子模块的开关状态应被确定为[1 1 0 0 0 1 1 0]，反之该子模块的开关状态应被确定为[0 1 1 0 0 0 1 1]；若M
n+1
(k)＝0，则该子模块的开关状态被确定为[0 1 1 0 0 1 1 0]；若M
n+1
(k)＝
‑
1，则当该子模块的电容电压差值与输出电流同号时该子模块的开关状态应被确定为[0 0 1 1 0 1 1 0]...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新伟，秦宸，任春光，吴公平，余雪萍，王仕贤，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：