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。     

有源箝位三电平变换器器件开路故障研究

近年来,多电平变换器在高压大功率领域得到广泛应用,然而其中较多的开关器件增大了系统故障概率,降低了系统可靠性。因此在变换器运行过程中,及时诊断开路或短路故障并采取相应的容错控制对于多电平变换器非常重要。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器提出一种有效的器件开路故障诊断方法。该方法只需检测输出的相电压、相电流和开关状态,进而根据三者之间的关系诊断出故障,并发出故障信号;对故障信号进行多次检测后,执行容错控制算法。该方法具有反应时间短、诊断精确度高、容错效果好、实施成本低等优势。最后,通过仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

基于瞬时功率的三电平ANPC变流器开路故障检测方法

为了检测三电平有源中点箝位(ANPC)变流器开路故障,通过对该拓扑在不同调制方式下每个开关器件开路时的故障表现进行了分析,提出了一种基于瞬时功率的故障判断与定位方法,仿真和实验结果表明该故障检测方法不仅能够准确检测三电平ANPC变流器在不同调制方式下的开路故障,并且可以检测并定位多个器件同时发生开路故障的情况,同时该方法能够在1个基波周期内检测出开路故障,提高了三电平ANPC变流器开路故障检测的准确性和快速性,对变流器的安全可靠运行提供了重要的保障。     

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.     

多电平逆变器开关管开路故障容错重构策略

针对有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器难以对多管复合开路故障进行有效容错的问题,提出一种改进型三电平ANPC逆变器容错拓扑。为对比所提改进型ANPC容错拓扑与已有拓扑结构的整体容错性能,提出了一种基于系统输出特性的可靠性计算方法。同时,为改进传统控制算法无法容错非预期故障的不足,提出一种在线容错拓扑重构控制算法,能够基于故障信息实时求解容错拓扑重构方式,并得到可行的等效开关状态,实现对于故障的实时容错控制。仿真和实验结果验证了所提容错拓扑及其重构控制算法的有效性。     

基于SPWM的三电平ANPC逆变器损耗平衡控制方法

有源中点箝位(ANPC)型多电平拓扑通过选择不同的电流通路可以使器件损耗分散在不同的开关管上。以三电平ANPC逆变器为研究对象,分析了在不同开关状态之间切换时各开关器件的损耗分布情况,采用正弦脉宽调制(SPWM)方法,提出了一种器件损耗分布平衡的控制策略。通过合理选择冗余状态使电流通过不同的路径,有效地实现了每相器件的损耗平衡。搭建三电平ANPC逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证。     

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.     

有源中点钳位型三电平并网逆变器多目标优化预测控制

有源中点钳位型(ANPC)三电平变换器作为并网逆变器能够实现功率器件的热损耗平衡,适用于光伏发电系统.针对传统中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器开关管发热不均衡等问题,本文提出一种ANPC三电平并网逆变器的多目标模型优化预测控制方法,基于三电平输出的开关状态需要遵循单位电平跳变的原则,剔除不符合跳变原则的开关状态,减少模型滚动优化的次数.针对开关管的发热不均衡问题,根据ANPC三电平并网逆变器的结构特点,通过对开关管的开通和关断损耗进行线性拟合,实时计算各开关管的功率损耗,把各开关管的不均衡损耗加入目标价值函数以实现不均衡损耗的最小化.最后通过ANPC三电平并网逆变器直接功率控制的实验结果验证了所提控制方法的正确性和有效性.     

三电平ANPC变换器中点电压平衡的MPC

针对三电平有源中点箝位型(ANPC)变换器的中点电压平衡问题,提出了一种三电平ANPC变换器中点电压平衡的模型预测控制(MPC)策略。根据变换器拓扑的数学模型,建立了三电平ANPC变换器的虚拟磁链模型;通过对变换器三相负载电流进行采样,计算出中点电压的偏移量;在确保磁链误差在一定范围的前提下,有效减少了中点电压的偏移量,实现了对中点电压平衡的控制。分别搭建了三电平ANPC变换器的仿真模型和实验平台,仿真与实验结果表明所提控制策略易于数字实现且能较好地控制中点电压平衡。     

T型三电平DSTATCOM功率器件开路故障容错控制

T型三电平拓扑结构的变流器以其输出电压畸变率低、转换效率高以及功率器件电压应力小等诸多优点,在配电网静止无功补偿领域得到了广泛的应用。针对T型三电平配电网静止同步补偿器功率器件开路故障问题,在分析T型三电平配电网静止同步补偿器换流路径的基础上,提出了一种适用于配电网静止同步补偿器工况的容错控制方法。根据对一相桥臂四个功率器件开路故障状态的分析,将其分为内功率器件和外功率器件2类,然后针对不同的开路故障提出2套容错控制方案。最后,仿真和实验结果表明所提控制策略的正确性和有效性。     

有源钳位三电平变频器调制策略及损耗分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,导致部分功率器件发热严重,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升.采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑结构可产生冗余零电压状态输出实现功率器件损耗平衡.分析了ANPC三电平变频器的工作原理及其换流方式1和方式2下功率器件的工作特性,并给出了两者PWM脉冲生成...     

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。     

基于多目标模型预测控制的ANPC并网逆变器

三电平有源中点箝位(ANPC)并网逆变器能够平衡器件功率损耗,有效提高输出电能质量和效率.以三电平ANPC并网逆变器为研究对象,提出了一种多目标优化模型预测控制(MOO-MPC)算法,通过消除三电平输出可能产生多电平跳变的开关状态,可以减少模型的滚动优化次数.通过器件的开关动作损耗线性拟合,实时计算出各开关器件的功率损耗,并在目标成本函数中令不平衡损耗最小化.最后,通过算例分析验证了该控制方法的正确性和有效性.     

飞跨电容三电平变换器开关器件故障检测技术

功率开关器件的故障检测能使多电平变换器及时进入容错运行模式,保证变换器在故障情况下仍能运行,提高变换器的可靠性.为此,提出了一种用于识别和定位飞跨电容三电平DC-DC buck变换器中功率开关器件故障的新技术,通过在线使用AD模数转换法来分析磁分量电压(电感电压)和开关函数,根据不同故障下对应不同的电感电压来确定故障类型,以及对比故障前后时刻的开关函数来确定故障位置.本方法使用互感器替代原有的传感器,降低成本的同时可提高变换器的功率密度.通过三电平飞跨电容buck变换器FCBC(flyingcapacitor buck converter)拓扑的仿真和实验结果验证了以上提出的概念.     

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.     

有源钳位三电平变频器及其结温平衡控制

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件结温不平衡的缺点,严重限制了变频器容量的提升,采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑可平衡功率器件的结温。本文对ANPC三电平变频器的开关状态及其换流方式进行了分析,并给出了功率器件的损耗和散热模型。介绍了ANPC三电平变频器的两种PWM方式,在此基础上提出了一种结温平衡控制方法。实验结果表明,该方法能够随着调制度的变化动态改变PWM方式1和方式2的工作比例,实现结温平衡控制。相比于NPC三电平变频器,ANPC在逆变和整流模式下的容量可分别提高23.1%和33.3%,具有较高的工程应用价值。     

基于SiC器件的三电平ANPC牵引变流器损耗分析

在大功率牵引变流器中,采用具有开关速度快、耐高温、开关损耗低等诸多优势的SiC器件替代Si器件,并构建基于SiC器件的三电平ANPC变换器,可以大大减轻变流器的散热系统负担,有助于实现牵引系统轻量化,提升变流器的功率密度和整体效率。对4种三电平ANPC变换器拓扑（2种SiC+Si的混合型三电平ANPC拓扑、全SiC型三电平ANPC拓扑和全Si型三电平ANPC拓扑）及适用于不同拓扑结构的调制策略进行了详细的分析。结合4种拓扑工作于各自最优调制策略下的换流过程,对不同拓扑的功率损耗和热平衡特性等方面通过仿真验证进行了定量分析比较。结果表明,全SiC型三电平ANPC拓扑损耗分布最均衡,工作效率最高;2-SiC混合型三电平ANPC拓扑在保证性能的基础上成本更低,可以作为采用SiC器件的牵引变流器的一种较高性价比的选择。     

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。     

基于四相全桥的磁悬浮轴承开关器件开路故障容错控制策略

功率半导体开关器件的开路故障是主动磁悬浮轴承系统失效的一个主要原因。为了保障主动磁悬浮轴承在高速旋转场合安全可靠运行,该文在功率放大器容错控制方面,针对四相全桥拓扑提出一种开关器件开路故障容错控制策略。首先从四相四桥臂工作原理出发,分析了四相全桥拓扑的两种工作模式对磁轴承的作用力和控制效果相同,可利用该特性进行功放容错设计;然后基于电流差分控制的特点给出了判断开路故障的条件,并提出相应的容错控制策略,即一旦四相全桥拓扑正常模式下的开关器件发生开路故障,在几百微秒内将检测到故障的发生,并立即切换至冗余模式下工作,以达到故障不停机的目的;最后仿真与实验结果表明故障检测时间和位移波动范围均保证了切换过渡过程中磁轴承的悬浮,证明了该容错控制策略在四相全桥拓扑上的可行性。     

基于三相四桥臂变换器的开关磁阻电机系统开路故障容错控制研究EI北大核心CSCD

功率变换器故障是影响开关磁阻电机系统运行的主要问题之一,电机系统长期运行故障状态下可能会对整个系统造成不可逆的损伤。为此,该文提出一种适用于三相开关磁阻电机的容错控制策略,保证电机系统在开关管开路故障下可以容错运行。在健康状态下,开关磁阻电机系统为两相励磁运行模式,保证绕组利用率。在开关管开路故障时,使用第四桥臂在故障相上产生反向电流,开关磁阻电机系统调整为单相励磁模式,解决开关管开路故障时输出转矩缺相的问题。所提方法在使用较少冗余开关的基础上,提高了开关磁阻电机系统在开路障条件下的容错能力。仿真和实验结果验证了所提容错控制方法的有效性。