ANPC三电平变换器开路故障容错控制研究

在工业应用中,功率变换器的可靠性和容错能力越来越受到重视。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器拓扑结构的特点,分别提出在单功率器件和多功率器件开路故障下的容错控制策略。在分析ANPC三电平变换器发生功率器件开路故障时电流流通路径变化的基础上,通过修改功率器件的开关状态和开关顺序,可使变换器在故障后仍保持中点电压平衡和对称的三相输出。同时分析了不同组合下多器件开路故障后的容错能力,并提出相应的容错控制策略。实验结果表明所提控制策略的正确性和优越性。     

T型三电平变流器开路故障容错控制研究

针对T型三电平变流器功率器件开路故障问题,提出了一种基于载波调制的容错控制策略.通过分析开路故障状态下三电平变流器的换流路径,研究系统工况对于故障影响范围及容错控制实施的影响.在此基础之上通过调制波同步补偿和异步补偿的方法,在保证线电压输出不变性的前提下实施有效的容错控制.该控制策略相较于传统基于空间矢量调制的容错控制策略省略了无效空间矢量定位和纷杂的矢量替换等实施环节,大大降低了容错控制的复杂度,并且能够根据系统的运行工况实时调整容错控制的实施范围,仿真和实验结果表明所提控制策略的正确性和有效性.     

T型三电平逆变器开路故障容错控制研究

以T型三电平逆变器为对象,对其发生开路故障进行了分析,从空间矢量脉宽调制(SVPWM)的冗余矢量及拓扑重构两方面研究了容错控制策略,并提出了一种针对三功率器件开路的容错策略。仿真和实验结果验证了所提及的容错策略可行,提高了系统的可靠性。     

三相八开关逆变器的容错控制策略

针对中性点箝位型（NPC）三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题,考虑逆变器发生功率器件断路故障情况以及故障前后空间矢量的变化,当故障发生时,将输出端子连接到直流链路的中性点,建立可容错三电平逆变器模型,实现开路故障下的容错控制。同时考虑逆变器直流侧中点性电压平衡问题,采用零序电压注入法,抑制了中性点电位的波动。仿真结果证明了该容错控制策略的可行性和有效性。     

级联型STATCOM容错控制策略研究

以H桥结构的级联型多电平静止同步补偿器(STATCOM)为研究对象,介绍了在仅旁路故障功率模块情况下的容错控制策略的实现方法。首先分析了功率模块故障对STATCOM系统控制中各环节的影响,然后据此提出了具有容错功能的相间电容电压平衡控制、相内电容电压平衡控制和脉宽调制(PWM)控制。最后在8级联STATCOM实际装置中对所提方法进行了实验验证,结果表明在功率模块故障旁路后,通过容错控制策略可有效保证输出电压的幅值和低谐波含量,提高STATCOM系统的可靠性和稳定性。     

基于T型逆变器的APF故障诊断与容错控制

逆变器是有源电力滤波器(activepowerfilter,APF)的核心部件,是保证APF稳定运行的基础。T型逆变器具有电路损耗低、输出波形畸变率低等优点,正获得越来越广泛的应用。该文分析T型三电平逆变器功率器件开路故障后的运行状态,通过空间矢量脉宽调制(spacevectorpulse widthmodulation,SVPWM)和逆变器输出电流完成逆变器功率器件开路故障诊断。结合APF的运行特点,利用T型三电平逆变器拓扑冗余和三电平SVPWM的矢量冗余及矢量合成分别提出1种垂直桥臂器件故障容错运行策略和2种水平桥臂容错运行策略。搭建仿真模型及实验平台对提出的容错策略进行验证,仿真和实验结果证明了该容错策略算法的有效性。     

基于混合载波调制的三电平ANPC逆变器开路故障容错控制策略

与二极管中点箝位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器相比,有源中点箝位型(active NPC,ANPC)逆变器具有零电平下的冗余开关状态,增加控制自由度和容错运行能力。为进一步提高三电平ANPC逆变器的可靠性,提出一种基于混合载波调制技术的容错控制方法,通过改变参考调制信号和载波信号,可以实现单个和多个功率器件开路故障下的多模式容错运行,采用改进的零序电压注入法,维持正常和容错运行模式下直流侧电容电压的平衡,并抑制中点电位的低频脉动。所提方法不需要增加额外的功率器件和传感器,可以提高三电平ANPC逆变器的可靠性和输出性能。仿真和实验结果验证所提容错控制策略的可行性和有效性。     

基于多物理场耦合的并网逆变器容错控制研究

容错技术是多电平并网逆变器系统可靠运行的关键。针对桥臂故障此处提出了一种三电平混合FC+T型逆变器硬件容错结构,并提出一种应用于混合结构的多目标优化模型预测容错控制方法。该控制方法能够有效减小直流侧中点电压波动,并通过基于多物理场的协同仿真分析方法验证了该容错结构和控制策略的有效性。实验结果表明,重构后的三电平混合FC+T型逆变器在实现低谐波和中性点电位平衡控制的同时,功率损耗和结温也低于故障前的T型桥臂,实现了稳定容错运行。     

新型三电平拓扑的无功补偿器控制研究

分析了传统二极管箝位型三电平无功补偿器的原理,指出其存在器件耐压水平低、功率等级低的缺点。提出一种新型的T型三电平拓扑无功补偿器,通过开关器件的串联提高耐压水平与功率等级。采用电网电压定向的矢量控制策略对有功无功电流进行解耦控制,引入零序电压注入的中点电压控制方案实现正负母线的均压。通过搭建仿真模型验证了所提方案的有效性,实现了无功电流的快速补偿。     

器件共享型三电平逆变器容错控制

针对有源中点钳位(ANPC)型三电平逆变器现有容错拓扑难以对多桥臂多开关管复合开路故障进行有效容错、以及器件利用率较低的问题,提出了器件共享型ANPC三电平逆变器容错拓扑,对系统单管、相内双管以及相间多管等不同故障类型设计了容错拓扑重构方法,在不降低或少量降低系统输出性能的情况下实现对各类复合故障的有效容错.为解决传统离线容错控制算法对非预期故障容错能力较弱的问题,提出了一种基于组合逻辑的自适应容错控制算法,根据故障类型和故障位置在线求解并获得合适的容错拓扑重构开关驱动控制信息,生成有效的容错控制开关状态表,结合PWM容错控制算法,实现故障的实时容错控制.仿真和实验结果表明,器件共享型容错拓扑能够保证逆变器在容错运行时的输出性能,且器件利用率高,冗余成本较低.     

级联H桥静止同步补偿器新型容错控制

针对级联H桥静止同步补偿器中H桥模块单开关故障,设计了一种不依赖于辅助元件的纯软件新型容错运行方案.通过傅里叶级数分析和计算,优化了特定谐波消除脉宽调制算法,同时调高H桥模块的直流电压至原来的2N/(2N-1)倍.在平衡采样周期内,根据电容电压值和静止同步补偿器的工作模式,调节H桥模块的平均有功功率.利用级联H桥静止同...     

单相MPUC五电平逆变器滞环SVPWM容错控制方法

提出一种电流跟踪型单相电压源多电平逆变器滞环空间矢量脉宽调制（SVPWM）容错控制方法。首先分析功率开关器件单管开路故障对单相改进型填充U形电池（MPUC）五电平逆变器电压矢量的影响;并在此基础上提出电压矢量等效替代方法,优先选择位置重合的冗余电压矢量进行等效替代;如果没有重合的非故障矢量,则选择位置和作用效果最接近的其他非故障矢量。在逆变器单管开路故障状态下,该方法可以保证逆变器输出电流较准确地跟踪参考电流,无需增加备用的硬件冗余单元,能节约硬件成本,简化系统结构。仿真和实验证明了该方法的正确性和有效性。     

三电平单元电力电子变压器容错运行技术

基于三电平单元的电力电子变压器具有功率模块少、功率密度高等优点,在数据中心不间断电源、铁路配电系统、超级充电站等场景中应用前景广阔。然而,电力电子变压器中开关器件多,器件故障引发的故障模块切除动作将导致系统容量损失,易引发系统失稳、故障越界等问题。针对该问题,文中提出了一种基于故障模块、故障相与非故障相协同的三电平容错运行技术。首先,采用开关组合列举法分析了不同故障类型下三电平单元H桥的共性故障结果,并基于部分器件旁路实现了故障模块重构和容错运行。其次,提出了相内协同控制策略,实现了故障模块电容电压的稳定与均压控制,并通过相间协同控制实现线电压平衡,共同保障电路正常运行。最后,针对不同故障结果提出具体的容错控制方法,并通过仿真验证了所提容错方法的有效性。仿真结果证明了容错控制下电力电子变压器能稳定运行。     

非对称六相永磁同步电机的故障容错控制

针对由非对称六相永磁同步电机(PMSM)和T型中点钳位型(T-NPC)三电平变频器构成的电力传动系统的可靠运行问题,提出了一种新型复合容错控制策略。结合简化空间矢量调制(SVM)和直接转矩控制(DTC)形成了非对称六相PMSM的SVM-DTC控制方案,并设计了谐波电流抑制单元,同时获得了较好的电流谐波性能和快速动态响应。通过解析分析开路故障下各相定子磁链与定子电压之间的关系,设计了SVM-DTC方案下的开路故障容错控制策略。通过样机实验,验证了控制方案的效果。     

三电平静止同步补偿器内模控制研究

静止同步补偿器(STATCOM)用于电网动态补偿时,无功电流检测环节及电流控制器的设计对其补偿性能起着决定性的影响。在传统的FBD功率理论的基础上,对传统FBD检测法做出改进,引入电网虚拟磁链模观测器代替原有的锁相环对电网电压进行重构,提高了电网电压存在畸变时无功电流的检测能力,同时采用惯性环节代替了低通滤波器降低了检测系统的时延。在此基础上针对静止同步补偿器存在着非线性和强耦合的特性,提出一种基于内模控制原理和三电平空间矢量算法相结合的电流解耦控制方法,根据内模控制基本原理,设计了静止同步补偿器的双闭环内模控制器。基于Matlab/Simulink仿真平台,对改进型FBD无功电流检测方法和电流环内模解耦控制器进行了系统仿真分析,最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

基于MATLAB的静止同步补偿器研究

分析了静止同步补偿器的补偿原理、电路结构及其在改善电能质量中的作用.制作了三相桥三电平逆变器作为静止同步补偿器的核心电路,采用输入输出方法建立静止同步补偿器的数学模型,采用电压内嵌型双闭环控制策略,完成了静止同步补偿器的设计.借助MATLAB/SIMULINK的电力模块搭建25kV配电系统及补偿器电路.通过对电网电压波...     

三电平STATCOM的电压和电流波形分析

三电平静止同步补偿器（STATCOM）在配电网无功补偿领域发挥重要的作用。在不考虑系统有功损耗的情况下,对三电平STATCOM在基频调制方式下的电压和电流进行了理论分析,给出了相应的解析表达式。利用Matlab／Simulink对三电平STATCOM的瞬时有功功率和无功功率变化情况以及电压和电流波形进行了仿真分析。仿真结果表明所提出的电压和电流理论分析方法是正确、有效的,可推广应用于其他类似结构的电力电子电路的理论分析与仿真研究中。     

配电网中MMC-STATCOM综合补偿控制

针对传统配电网静止同步补偿器补偿容量小、冲击电流大等问题,本文提出基于模块化多电平逆变器的三相四线制配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)。首先分析了MMC-DSTATCOM的拓扑结构和等效模型,叠加有功电流平衡直流侧电压和根据充放电关系保证子模块电压,同时考虑环流抑制,叠加二倍频电压消除环流影响,得出了利用载波移相技术实现等效输出端电压输出,从而实现对配电网的综合补偿效果,最后利用Matlab/Simuilink环境中搭建模型进行仿真分析,证实所提方法的有效性和可行性。     

NPC三电平逆变器容错技术

针对大功率变频驱动系统故障,研究三电平逆变器容错控制技术.首先,基于电压空间矢量图,分析三电平逆变器对开路和短路故障的固有容错能力.然后,提出三种容错拓扑结构：开关冗余型、相冗余型和ANPC型,并简述各自控制策略和特点,为实验研究奠定理论基础.     

采用复合特征提取和SVM的三电平STATCOM故障诊断方法

针对中点钳位式三电平静止同步补偿器(STATCOM)功率开关管的开路故障诊断问题,提出了一种复合故障特征提取技术。通过分析三电平STATACOM功率开关管开路故障后输出电流的变化规律,在小波包能量谱特征提取法的基础上,加入归一化平均电流特征提取法,计算一个周期内三相电流的归一化平均值,从而得到频域和时域两方面故障信号指标,构造故障特征向量;采用支持向量机对故障进行分类,通过改变负载来获取训练样本进而采用网格搜索法训练支持向量机。分别采用Matlab离线仿真和d SPACE实时仿真对所提算法进行验证,实验结果表明,与单一小波包能量谱特征提取技术相比,采用复合特征提取技术,故障诊断的准确度分别提高了38. 88%和49. 43%,诊断时间缩短了7. 38%和6. 61%。