一種共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器的容錯(cuò)調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器容錯(cuò)調(diào)制方法，特別涉及一種共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆 變器的容錯(cuò)調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙端三相開繞組電機(jī)具有輸出電壓等級(jí)高，輸出電平數(shù)較多，以及容錯(cuò)能力強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用前景的拓?fù)?，而容錯(cuò)能力在提升機(jī)、鐵路牽引、船舶驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵傳動(dòng) 場(chǎng)合非常重要。目前，國內(nèi)外對(duì)開繞組電機(jī)雙端級(jí)聯(lián)式拓?fù)溥M(jìn)行了一定研究，由于開繞組 電機(jī)的定子繞組打開，雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器的共模電壓和零序電壓與單逆變器有所不 同，雙端級(jí)聯(lián)式變換器采用共母線結(jié)構(gòu)時(shí)存在較大的零序電壓，零序電壓會(huì)造成很大的環(huán) 流，引起負(fù)載電流畸變。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，有提及對(duì)共母線雙端級(jí)聯(lián)式三電平逆變器處于開關(guān)器件觸發(fā)丟失故 障時(shí)的容錯(cuò)控制進(jìn)行了較深研究，文中提出"機(jī)會(huì)狀態(tài)"的概念，即由于電機(jī)電感儲(chǔ)能產(chǎn)生 的額外瞬時(shí)狀態(tài)，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最多6個(gè)開關(guān)器件觸發(fā)丟失時(shí)的容錯(cuò)運(yùn)行；也有采用基 于參考電壓分解的簡化SVPffM方法，對(duì)獨(dú)立母線結(jié)構(gòu)的雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器進(jìn)行調(diào) 制，提出一種五電平SVPffM容錯(cuò)調(diào)制方法，在故障時(shí)切除一側(cè)逆變器，使用單側(cè)逆變器驅(qū)動(dòng) 開繞組電機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)逆變器故障時(shí)的容錯(cuò)運(yùn)行，同時(shí)，開關(guān)切換復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理，避免對(duì) 電機(jī)造成損壞，提高輸出電壓電壓電流波形質(zhì)量的共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器的容錯(cuò) 調(diào)制方法。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是一種共母 線雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器的容錯(cuò)調(diào)制方法，其特點(diǎn)是，其步驟為，
[0006] (1)將電機(jī)的定子繞組打開，定子繞組的兩端由兩個(gè)完全相同的逆變器供電，兩個(gè) 逆變器共用一套直流母線，形成共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)洌?br>[0007] (2)為了保證共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)渲心孀兤鞯膮⒖茧妷菏噶寇壽E為圓， 當(dāng)逆變器中的某一開關(guān)器件發(fā)生短路故障時(shí)，逆變器最大輸出電壓下降為原來的一半，使 用共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)涞膬?nèi)六邊形可用開關(guān)狀態(tài)合成參考電壓矢量；
[0008] (3)根據(jù)零共模電壓矢量分布特點(diǎn)，將傳統(tǒng)坐標(biāo)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)π/6得到新坐標(biāo) 軸，傳統(tǒng)坐標(biāo)系下逆變器的參考電壓矢量，經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換后，得到新坐標(biāo)系下逆變器的參考電 壓矢量；
[0009] (4)對(duì)新坐標(biāo)系下逆變器的參考電壓矢量標(biāo)么化后，獲得標(biāo)么化坐標(biāo)，對(duì)標(biāo)么化坐 標(biāo)上下取整和比較，得到距離標(biāo)么化坐標(biāo)最近的3個(gè)電壓矢量，即為3個(gè)合成電壓矢量，根 據(jù)3個(gè)合成電壓矢量和占空比的定義，得到3個(gè)合成電壓矢量的作用時(shí)間；
[0010] (5)根據(jù)步驟⑷所選定的3個(gè)合成電壓矢量，加入平衡因子，調(diào)整步驟（4)得到 的3個(gè)合成電壓矢量的作用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡；
[0011] (6)根據(jù)步驟（4)得到的3個(gè)合成電壓矢量及步驟（5)調(diào)整得到的作用時(shí)間，兼顧 逆變器自身狀態(tài)控制要求，確定與合成電壓矢量相對(duì)應(yīng)的輸出開關(guān)狀態(tài)及作用順序，實(shí)現(xiàn) 逆變器故障后的容錯(cuò)運(yùn)行。
[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，其步驟 為，
[0013] (1)將電機(jī)的定子繞組打開，定子繞組的兩端由兩個(gè)完全相同的逆變器供電，兩個(gè) 逆變器共用一套直流母線，形成共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)洌?br>[0014] (2)為了保證共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)渲心孀兤鞯膮⒖茧妷菏噶寇壽E為圓， 當(dāng)逆變器中的某一開關(guān)器件發(fā)生短路故障時(shí)，逆變器最大輸出電壓下降為原來的一半，僅 使用共母線雙端級(jí)聯(lián)式五電平拓?fù)涞膬?nèi)六邊形可用開關(guān)狀態(tài)合成參考電壓矢量；
[0015] (3)根據(jù)零共模電壓矢量分布特點(diǎn)，在傳統(tǒng)60°坐標(biāo)軸基礎(chǔ)上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)31/6， 所得新60°坐標(biāo)軸為g'、h'，設(shè)參考電壓矢量V raf在α-β坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（Va，Ve)， 在g' -h'坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（Vg,，Vh,)，兩種坐標(biāo)系的變換公式為
[0017] (4)設(shè)標(biāo)幺化后的參考電壓矢量Vraf坐標(biāo)，即標(biāo)幺化坐標(biāo)為（VlV，Viv )，對(duì)其上下 取整，獲得距離標(biāo)么化坐標(biāo)最近的4個(gè)電壓矢量，
[0020] 式中，ceil表示對(duì)參考電壓矢量向上取整，floor表示對(duì)參考電壓矢量向下取整， [0021] 最近的4個(gè)電壓矢量構(gòu)成一個(gè)平行四邊形，且被Vul和V lu形成的對(duì)角線平分，V ul 和Vlu總是距離最近的兩個(gè)矢量，第3個(gè)矢量必然在V uu和V n之中，由于第3個(gè)矢量和參考 電壓矢量處于對(duì)角線同一側(cè)，該對(duì)角線在新60°坐標(biāo)系下的方程為
[0022] ceil(vrg- )+floor (vrh- ) = g+h
[0023] 故可由如下方式判斷：
[0024] 當(dāng) Vrg，+Vrh，-ceil (vrg, )-floor (vrh, )< 0 時(shí)，V11 是第 3 個(gè)距離最近的電壓矢量； 當(dāng)Vrg，+Viv -ceil (vrg, )-floor (Viv )彡0時(shí)，Vuu是第3個(gè)電壓矢量，確定距離標(biāo)幺化坐標(biāo) 最近的3個(gè)電壓矢量，即為合成電壓矢量；
[0025] 當(dāng)3個(gè)合成電壓矢量確定，根據(jù)占空比的定義，3個(gè)合成電壓矢量對(duì)應(yīng)的占空比可 由如下方程求出：
[0026] Vref= ((I1Vufd2V1Jd3Vuuai))
[0027] 山+(12+(13= 1 (4-3)
[0028] 當(dāng)?shù)?個(gè)矢量為Vuu，可得：
[0029] (I1= ceil (V rh< )-Vrh-
[0030] d2= ceil (v rg- )-vrg- (4-4)
[0031] 當(dāng)?shù)?個(gè)矢量為Vn，可得：
[0032] (I1= v rh- -floor (vrh-)
[0033] d2= v rg- -floor (vrg- ) (4-5)
[0034] d3= I-d i~d2 (4-6)
[0035] 式中，Cl1、(12和d 3分別為V ul、Vlu和V uu (V11)的占空比；
[0036] (5)設(shè)三個(gè)合成電壓矢量為Z、E和F，根據(jù)3個(gè)合成電壓矢量和占空比的定義，得 到3個(gè)合成電壓矢量的作用時(shí)間，分別為I nTjP T 3，令矢量E為首發(fā)矢量，各矢量按照五段 式放置，
[0038] 逆變器中各開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的中點(diǎn)電流從左到右分別為iM1、iM2、i]?、i_M4和i 1?，引入 平衡控制因子f，令矢量E的兩個(gè)冗余開關(guān)狀態(tài)"000, 0+-"和"0-+，000"作用時(shí)間分別為
[0039] t_，0+ = (l+f)lV2
[0040] t〇 +,〇〇〇= (l_f) T i/2 (4-7)
[0041] 若一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)直流側(cè)電荷總電荷為零，可以實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡，即：
[0042] Q+ Δ Q = 〇 (4-8)
[0043] +
[0044] 可知，直流側(cè)中點(diǎn)電位平衡因子為
[0045] f = [-C (Uci-Uc2) _(iM2+iM4)T2-iM3T3]/I miT1 (4-9)
[0046] 將平衡因子f代入合成電壓矢量的作用時(shí)間后，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)中點(diǎn)電位平衡；
[0047] (6)根據(jù)步驟（4)得到的3個(gè)合成電壓矢量及步驟（5)調(diào)整得到的作用時(shí)間，兼顧 逆變器自身狀態(tài)控制要求，確定與合成電壓矢量相對(duì)應(yīng)的輸出開關(guān)狀態(tài)及作用順序，實(shí)現(xiàn) 逆變器故障后的容錯(cuò)運(yùn)行。
[0048] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于雙端級(jí)聯(lián)式五電平逆變器的高容錯(cuò)特性，當(dāng)逆變器 中的某個(gè)開關(guān)器件出現(xiàn)故障時(shí)，通過重新選擇電壓矢量實(shí)現(xiàn)逆變器的容錯(cuò)運(yùn)行；使用零共 模電壓矢量進(jìn)行調(diào)制，完全消除系統(tǒng)零序電壓和共模電壓，使系統(tǒng)中的兩臺(tái)逆變器能夠在 一套直流母線下運(yùn)行，降低設(shè)備成本和體積；本發(fā)明針對(duì)雙端級(jí)聯(lián)式系統(tǒng)提出一種優(yōu)化的 60°調(diào)制方法，利用坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和標(biāo)幺化，有效簡化五電平調(diào)制方法，減少系統(tǒng)控制的硬 件需求；利用平衡因子f，在保證容錯(cuò)控制的前提下，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡。
【附圖說明