調整得到的作用時間，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應的輸出開關狀態(tài)及作用順序，實現 逆變器故障后的容錯運行，該方法采用整體控制方式。
[0110] 為驗證本發(fā)明所述的容錯調制方法的有效性，進行了仿真驗證，參數如下：
[0111] 直流側電壓為400V ;直流側電容均為2200uF ;開繞組電機的額定功率為5kW ;極 對數為P = 2 ;額定轉速為1420r/min ;定子電阻為1. 91 Ω ;定子電感為〇. 24939H ;轉子電 阻為1. 45 Ω ;轉子電感為〇. 24939H ;定轉子之間互感為0. 23507H ;負載轉矩為8N · m，實驗 時由直流電動機模擬；采樣頻率為5kHz。
[0112] 參照圖4,在0. 9s時開關器件Sxl和Sx4同時短路，由于可用電壓矢量位于三電平 外六邊形，雖然可用矢量減少，轉速保持額定轉速不變；參照圖5,短路故障時，在微小下降 后轉矩迅速穩(wěn)定在8N · m左右，其脈動幅值在給定轉矩7. 5%以內；參照圖6,故障前后電 流幾乎沒有變化，故障后電流諧波畸變率THD為1. 71% ;參照圖7,故障后相電壓由五電平 變成三電平，但電壓幅值仍為400V，變換瞬間相電壓延續(xù)故障前相電壓變化趨勢，仍然位于 電壓負半周；參照圖8,故障后中點電位穩(wěn)定在0. 015V，需要強調的是，由于容錯運行時開 關器件承受電壓為正常運行時的兩倍，若直流側電壓接近開關器件最大耐壓值，可調節(jié)PWM 整流電路降低直流側電壓，使開繞組電機減載運行。
[0113] 當開關器件Sx2或S x3發(fā)生短路故障時，采用零共模電壓矢量，以開關器件S 12短路 為例，參照圖9,可見轉速從1420r/min下降到710r/min，在I. Is左右達到穩(wěn)定；參照圖10， 短路故障后，電機轉為發(fā)電模式，轉矩迅速變?yōu)樨撝担S著轉速穩(wěn)定，最終維持在8N · m附 近；參照圖11和圖12,故障后相電壓由五電平變成三電平，電壓幅值為200V ;參照圖13,故 障后中點電位波動變大，但電位幅值仍在4V之內，滿足開繞組電機工作要求。
【主權項】
1. 一種共母線雙端級聯式五電平逆變器的容錯調制方法，其特征在于： 其步驟為， (1) 將電機的定子繞組打開，定子繞組的兩端由兩個完全相同的逆變器供電，兩個逆變 器共用一套直流母線，形成共母線雙端級聯式五電平拓撲； (2) 為了保證共母線雙端級聯式五電平拓撲中逆變器的參考電壓矢量軌跡為圓，當逆 變器中的某一開關器件發(fā)生短路故障時，逆變器最大輸出電壓下降為原來的一半，使用共 母線雙端級聯式五電平拓撲的內六邊形可用開關狀態(tài)合成參考電壓矢量； (3) 根據零共模電壓矢量分布特點，將傳統(tǒng)坐標軸逆時針旋轉/6得到新坐標軸，傳 統(tǒng)坐標系下逆變器的參考電壓矢量，經旋轉變換后，得到新坐標系下逆變器的參考電壓矢 量； (4) 對新坐標系下逆變器的參考電壓矢量標么化后，獲得標么化坐標，對標么化坐標上 下取整和比較，得到距離標么化坐標最近的3個電壓矢量，即為3個合成電壓矢量，根據3 個合成電壓矢量和占空比的定義，得到3個合成電壓矢量的作用時間； 妨根據步驟（4)所選定的3個合成電壓矢量，加入平衡因子，調整步驟（4)得到的3 個合成電壓矢量的作用時間，實現中點電位平衡； (6)根據步驟（4)得到的3個合成電壓矢量及步驟（5)調整得到的作用時間，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應的輸出開關狀態(tài)及作用順序，實現逆變 器故障后的容錯運行。2. 根據權利要求1所述的容錯調制方法，其特征在于：其步驟為， (1) 將電機的定子繞組打開，定子繞組的兩端由兩個完全相同的逆變器供電，兩個逆變 器共用一套直流母線，形成共母線雙端級聯式五電平拓撲； (2) 為了保證共母線雙端級聯式五電平拓撲中逆變器的參考電壓矢量軌跡為圓，當逆 變器中的某一開關器件發(fā)生短路故障時，逆變器最大輸出電壓下降為原來的一半，僅使用 共母線雙端級聯式五電平拓撲的內六邊形可用開關狀態(tài)合成參考電壓矢量； (3)根據零共模電壓矢量分布特點，在傳統(tǒng)60°坐標軸基礎上逆時針旋轉JT/6,所得 新60。坐標軸為g'、h'，設參考電壓矢量VfW在a-e坐標系下的坐標為（V"，Vp)，在 g' -h'坐標系下的坐標為（Vg,，Vh,)，兩種坐標系的變換公式為(4-1) (4) 設標么化后的參考電壓矢量VfW坐標，即標么化坐標為（Vfg,，Vfh,)，對其上下取 整，獲得距離標么化坐標最近的4個電壓矢量，(4-2) 式中，ceil表示對參考電壓矢量向上取整，floor表示對參考電壓矢量向下取整， 最近的4個電壓矢量構成一個平行四邊形，且被Vui和V1。形成的對角線平分，V。1和V1。 總是距離最近的兩個矢量，第3個矢量必然在V。。和V11之中，由于第3個矢量和參考電壓矢 量處于對角線同一側，該對角線在新60°坐標系下的方程為 ceiUVfB, )+floor(Vfh, ) =g+h 故可由如下方式判斷： 當Vfg,+ViV-ceil(Vfg,)-floor(Vfh, ) <0時，Vii是第3個距離最近的電壓矢量；當Vrg, +Vrh, -CeiUVfg, )-fl〇0；T(Vrh, ) >0時，Vuu是第3個電壓矢量，確定距離標么化坐標最 近的3個電壓矢量，即為合成電壓矢量； 當3個合成電壓矢量確定，根據占空比的定義，3個合成電壓矢量對應的占空比可由如 下方程求出： Vref= (diVul+dzViu+dsVuu山)） di+dz+ds= 1 (4-3) 當第3個矢量為V。。，可得：di=ceil(Vfh, )-Vfh' dz=ceil(V巧，）-Vrg, (4-4) 當第3個矢量為Vu，可得： di=Vfh,-floor(Vrh' ) dz=V巧'-floor(Vrg' ) (4-5) (I3= 1-di-dz(4-6) 式中，di、dz和d3分別為V。1、Vi。和V。。(Vii)的占空比； (5)設S個合成電壓矢量為Z、E和F，根據3個合成電壓矢量和占空比的定義，得到3 個合成電壓矢量的作用時間，分別為Tl、Tz和T3,令矢量E為首發(fā)矢量，各矢量按照五段式放 置，逆變器中各開關狀態(tài)對應的中點電流從左到右分別為iMl、iM2、iM3、iM4和i引入平衡 控制因子f，令矢量E的兩個冗余開關狀態(tài)"000,0+-"和"0-+，000"作用時間分別為 tooo.o+ = (l+f)T1/2 to.,000= (l-f)Ti/2 (4-7) 若一個開關周期內直流側電荷總電荷為零，可W實現中點電位平衡，即： Q+AQ= 0 (4-8) -C(Uci-Uc2) + [-fiMiTi-(iM2+iM4)T2/2-iM3T3] = 0 可知，直流側中點電位平衡因子為 f-[_C(Uci_Uc2) -。\12+王\14) 了2_王\13了3]/iwiTl(4-9) 將平衡因子f代入合成電壓矢量的作用時間后，實現直流側中點電位平衡； (6)根據步驟（4)得到的3個合成電壓矢量及步驟（5)調整得到的作用時間，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應的輸出開關狀態(tài)及作用順序，實現逆變 器故障后的容錯運行。
【專利摘要】一種共母線雙端級聯式五電平逆變器的容錯調制方法，將電機的定子繞組打開，定子繞組的兩端由兩個完全相同的逆變器供電，兩個逆變器共用一套直流母線，形成共母線雙端級聯式五電平拓撲；為保證參考電壓矢量軌跡為圓，當開關器件發(fā)生短路故障時，逆變器最大輸出電壓下降為原來的一半，僅使用內六邊形可用開關狀態(tài)合成參考電壓矢量，利用坐標系的旋轉和標幺化，有效簡化五電平調制方法，減少系統(tǒng)控制的硬件需求；利用平衡因子，保證容錯控制的前提下，實現中點電位平衡。本發(fā)明基于雙端級聯式五電平逆變器的高容錯特性，當開關器件出現故障時，通過重新選擇電壓矢量實現逆變器的容錯運行；針對雙端級聯式系統(tǒng)提出一種優(yōu)化的60°調制方法。
【IPC分類】H02M7/483, H02M7/487
【公開號】CN105207508
【申請?zhí)枴緾N201510587466
【發(fā)明人】吳迪, 杜朋, 丁博, 薛碩
【申請人】淮海工學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月15日