CN108649825A - 一种级联型多电平逆变器的多故障隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联型多电平逆变器的多故障隔离方法，该方法的驱动采用同相层叠‑正弦脉宽调制(Phase Disposition‑Sinusoidal Pulse Width Modulation,PD‑SPWM)算法。该多故障隔离方法首先是根据故障诊断的结果确定多电平级联逆变器故障IGBT的数量及位置，基于此确认每两个故障的IGBT位于不同H桥、不同桥臂且不同组；此后，将故障H桥内的故障IGBT隔离、非故障IGBT的驱动信号重构；最后再将非故障H桥的驱动信号重构。本发明的故障隔离策略对于多电平级联逆变器具有相对提高故障桥内IGBT利用率、电压波动较低等特点。

Description

一种级联型多电平逆变器的多故障隔离方法
技术领域：
本发明涉及电力电子领域中的针对发生在每两个IGBT故障在不同H桥、不同桥臂且不同组的级联多电平逆变器的故障隔离方法
背景技术：
逆变器是一种将直流电能转变至交流电能的变流装置。随着电力电子技术的发展，逆变技术的应用领域也更广阔，从生活中的变频空调、变频冰箱，至高压直流输电中的换流站，再至航空领域的机载设备。此外，随着环境污染和化石燃料危机的加剧，以可再生能源发电的太阳能、风能发电等更受青睐，而逆变器则是其中的重要环节。因此近年来逆变器的合理使用也引起越来越多的关注。
当IGBT发生故障时，逆变器的正常运行将受到影响。这将导致电气设备的电压不平衡和运行不稳定，甚至导致***崩溃。这会对生活在或工业生产不同程度的损失。因此，故障隔离之于多电平逆变器的应用越来越重要。
本发明主要解决多电平逆变器故障隔离过程中遇到的以下问题：
1)使用额外的开关管隔离故障导致的生产成本提高；
2)隔离故障桥后导致的输出电压降过低；
3)故障桥的健康IGBT的利用率低。
发明内容：
针对上述所提到的问题，本发明创新地提出了一种级联型多电平逆变器的多故障隔离方法，该故障隔离方法主要解决每两个IGBT故障于不同H桥、不同桥臂且不同组的多故障问题。该方法主要包括以下步骤：
1.确认故障类型
根据故障检测与诊断的结果确定故障IGBT的数量及位置，并确认每两个故障IGBT分别位于不同H桥、不同桥臂且不同组中。
2.故障H桥的故障臂隔离算法
针对故障IGBTHiAjGk，其故障臂——第i个H桥的第j个故障桥臂的隔离算法如下所示：
其中，urefi表示无故障时第i个H桥的调制波，urefi *表示被隔离后的故障桥臂的调制波。
3.故障H桥的健康臂重构算法
其中，λi为第i个H桥的故障信号。当H桥故障时，其故障信号λi＝1；反之，则λi＝0。因为该隔离方法针对IGBT分别故障在不同H桥、不同桥臂且不同组中，设第f和g个H桥有故障，且f<g，则λf＝0而λg＝1。
4.健康H桥的重构算法
其中，
附图说明：
图1是本发明多电平逆变器故障隔离方法的***结构示意图
图2是单相级联H桥七电平逆变器模型示意图
图3是本H3S1和H2S2故障时隔离控制前后电压波形图
具体实施方式：
步骤一：模型构建：
(一)模型特点及参数：
(1)根据图一所示的***结构示意图建立模型，采用Matlab/Simulink搭建一个单相级联H桥七电平逆变***模型，结构示意如图2所示；
(2)本模型利用PD-SPWM进行控制，调制波频率为50Hz，载波频率为3kHz，采样频率为50kHz；
(二)模型故障设置：
(1)对各IGBT定位，任意IGBT为HiAjGk，表示该开关位于第i个H桥、第j桥臂、第k组内，其中i＝1,2,3，…，n，j＝1,2，k＝1,2；
步骤二：实施故障隔离的仿真验证
针对故障信号实施故障隔离策略，其故障隔离前后输出电压波形对比图如图3所示。在图3中，0至0.2s为正常状态，输出电压波形为正弦且对称的七电平输出波形；0.2至0.4s为故障状态，输出电压波形为正弦非对称的五电平输出波形；0.4至0.6为故障隔离后状态，输出电压波形为正弦对称的五电平输出波形。
通过故障隔离前后输出电压波形的对比可看出，在故障隔离方法实施后输出正弦电压波形。虽然有两个H桥发生了故障，但是电压等级只降低两级。且在故障H桥内的未故障IGBT并未全部弃置不用，提高了故障桥内健康IGBT的利用率。综上所述，本方法在针对每个个IGBT故障位于不同H桥、不同臂及不同组时具有相对提高故障桥健康IGBT利用及减小电压波动的优势。

Claims (1)

1.一种基于同相层叠-正弦脉宽调制算法的级联型多电平逆变器的多故障隔离方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：根据故障诊断结果确定故障IGBT的数量及位置，以此来确定故障类型；
(一)确认故障类型：
(1)接收故障信号并分析；
(2)确认每两个开关管分别开路在不同H桥、不同桥臂且不同组中；
步骤二：确认故障类型后对***实施该故障隔离策略，包括故障桥故障IGBT的隔离、故障桥健康臂的重构及健康H桥的重构；
(一)故障H桥故障臂的隔离策略如下：
(1)对于单相n个H桥组成的(2n-1)电平逆变器，则位于第i个H桥的第j个桥臂第k组的故障IGBTHiAjGk的隔离算法如下所示：
(2)对于(1)中公式，urefi表示无故障时第i个H桥的调制波，urefi *表示被隔离后的故障桥IGBT的调制波；
(二)故障H桥健康的重构策略如下：
(1)设λi为第i个H桥的故障信号。当H桥故障时，其故障信号λi＝1；反之，则λi＝0；
(2)因为该隔离算法针对两个IGBT分别故障在不同H桥、不同桥臂且不同组中，设第f和g个H桥有故障，且f<g，则λf＝0而λg＝1；
(3)基于以上(2)各(3)的假设，故障桥的健康桥臂的重构算法如下：
(三)无故障的健康桥的重构算法如下所示：
(1)对于无故障的H桥的重构算法如下式所示：
(2)对针以上(1)中的矩阵
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