一种新型缺相永磁同步电机容错驱动系统

对矢量控制绕组开路式永磁同步电机驱动系统中一相绕组开路故障工况进行研究。采用电流矢量轨迹曲线诊断故障发生位置,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开路相故障。引入60°坐标系统下固有开关冗余的电压空间矢量调制重构,提出矢量分解准则,在一个调制周期内逆变器-Ⅱ钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,逆变器-Ⅰ进行电压矢量合成的控制策略,在不增加额外器件下实现驱动系统的缺相容错运行。基于MaxwellSimplorerMatlab三者的联合仿真实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从开路故障状态到缺相容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。     

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。     

模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略

阐述了模块化多电平换流器(MMC)子模块故障类型,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障、直流电容故障和控制信号故障。分析比较了3种子模块冗余容错方案的优缺点,选择采用对MMC影响较小的子模块热备用的冗余容错方案。该方案的缺点是MMC运行于不对称状态,导致MMC直流电流出现波动。为此,在推导MMC冗余运行状态的基本数学模型、得出桥臂能量数学表达式的基础上,提出了基于桥臂能量平衡的冗余容错控制策略来抑制直流电流的波动。在时域仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了61电平MMC模型,仿真结果验证了提出的冗余容错控制策略的有效性。     

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.     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

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SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位（neutral point clamped,NPC）型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器（eight switch three phase inverters,ESTPI）拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿,并设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。     

模块化多电平换流器子模块故障时中性点移位容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)发生子模块故障后,由于桥臂子模块数目的改变,将使故障相的相电压输出能力发生改变,导致三相输出不对称。针对MMC子模块故障下容错控制问题,以保证子模块故障后线电压平衡为控制目标,提出了一种MMC中性点移位控制(NPSC)容错控制策略。其通过修正故障后各相调制波控制中性点在故障相的相电压矢量方向上进行移位,在完成子模块故障容错运行的同时简化了传统中心点偏移控制算法的复杂程度,易于实现。同时,文中分析了NPSC下对MMC系统运行的影响,指出了该种控制方式下桥臂电流工频分量与直流分量的分配特性。最后,通过仿真与实验进行验证,表明了理论分析与该容错控制策略的有效性。     

高可靠性并网微电网及其控制策略

为了提升微电网的可靠性,提出一种应用于并网微电网具有二次容错能力的可重构逆变器。当逆变器某一桥臂开关器件发生一次故障时,用直流侧电容桥臂代替故障相,逆变器重构成三相四开关拓扑结构,实现一次容错重构;当逆变器非故障相开关器件发生二次故障时,逆变器再次重构成三相四开关拓扑结构,实现二次容错重构。提出了下垂控制-电压电流控制-虚拟阻抗控制-重置脉冲控制算法的复合控制策略,使逆变器实现二次容错控制。仿真结果验证了高可靠性并网微网拓扑结构的正确性与控制策略的有效性。     

带容错逆变器的孤岛微网系统及其稳定性研究

提出了一种应用于孤岛微网的容错逆变器及其控制方法,并对带容错逆变器的孤岛微网系统的稳定性进行小信号建模分析。当容错逆变器某一相桥臂中的功率开关器件故障时,用直流侧电源来替代故障桥臂,使系统在故障发生后依然能够稳定运行。在逆变器的电压-电流控制环中加入虚拟阻抗,以抵消两个微源之间的环流。建立了带容错逆变器孤岛微网系统的小信号状态空间模型,利用特征值分析法对系统状态矩阵的特征根进行分析,研究了逆变器的容错拓扑结构、滤波电容以及虚拟阻抗对系统稳定性的影响。在仿真平台上搭建了带容错逆变器的孤岛微网的仿真模型,仿真结果验证了所提容错逆变器拓扑结构及其控制策略的正确性与有效性,系统在故障状态下仍能保持稳定。     

对级联型高压变频器容错技术的研究

级联型高压变频器由于其特殊结构致使其故障概率较大,目前常用的容错技术均为故障旁路策略.采用旁路客错控制后,为维持系统的稳定性.对控制有调整要求,包括调制比调整和频率调整两方面.在给出调整策略的基础上,提出了只旁路故障单元的容错技术,相对于对称旁路技术,前者在旁路的暂态扰动程度和二次旁路的电压容量有显著优势.最后,仿真结果验证了所提出的调整策略和容错技术的有效性.     

多相无轴承永磁薄片电机故障运行特性分析

为解决多相无轴承永磁薄片电机因某相发生故障无法正常工作的问题,提出了更具通用性的故障容错控制方法.该方法以相应的断路容错控制方法为基础.考虑到故障相对悬浮力与转矩的影响,重构了其它非故障相定子电流.满足了电机在故障状态下稳定运行所需的悬浮力与转矩,实现了该电机短路和断路故障状态的容错控制.同时,介绍了一种基于相电流反馈量的故障检测方法.最后以该电机同时发生断路、短路故障以及两相短路故障为例,通过仿真和实验验证了所提的容错控制策略的正确性.     

基于容错逆变器的永磁同步电动机矢量控制

研究了一种容错逆变器和在该逆变器不同桥臂故障时的永磁同步电动机矢量控制系统容错运行策略。分析了一种容错逆变器的工作原理,并由无中线引出的永磁同步电动机电流特性分析可以知道,三相定子电流之和等于零,通过两相定子电子就可以实现电机的电流控制。在此基础上提出了基于容错逆变器的永磁同步电动机矢量控制系统容错运行方案,该方案简单可行,并通过仿真实验验证了策略的正确性和有效性。     

电动汽车一体化驱动系统三相3H桥逆变器的故障相短接容错控制策略

具有车载型充电器的电动汽车拥有相互独立的电机驱动系统与电池充电装置,针对两套装置并不同时工作,成本高、重量大、占据空间资源较大等问题,提出了一种电动汽车驱动与充电一体化的新型拓扑结构,在牵引模式下该一体化拓扑的主要驱动模块等效于一个三相3H桥逆变器。研究该逆变器的电压空间矢量与消除共模电压的控制策略,分析开绕组PMSM在不同坐标系下的数学模型,给出逆变器发生桥臂开关管开路或者短路故障时将故障相短接的重构拓扑与容错控制策略,在转速、电流双闭环控制的基础上,设计"重复控制+PI"的电流内环控制方案,提出一种两相SVPWM控制策略,分析三相2H桥逆变器电压矢量状态切换过程,提出一种改进的七段式两相SVPWM控制策略。仿真和实验结果表明,如果三相3H桥逆变器发生短路故障,一体化系统通过逆变器的拓扑重构,能够实现PMSM系统的良好运行性能。     

逆变器并联系统功率管开路故障诊断研究

冗余容错控制的关键在于故障的诊断。该文通过仿真和实验，对无输出隔离变压器的逆变器并联系统功率管开路故障诊断进行了研究。以半桥逆变器为例，分析了逆变器并联系统在功率管开路故障下的等效电路和故障表现形式，提出了几种故障识别方案。通过检测并联系统各模块电感电流，在两台并联实验样机上实现了故障识别和故障模块的在线切除，验证了方案的可行性。该方案简单，适合于任意数量逆变器并联模块。     

模块化多电平光伏并网逆变器的不对称容错控制策略

建立了容错控制时采取热备用形式下模块化多电平换流器(MMC)的平均开关模型。针对MMC子模块发生故障时剩余子模块不足以支撑直流母线电压导致逆变器不能继续运行的问题,提出一种只旁路故障子模块的新型容错策略,通过改变子模块电容电压值和载波移向角的方法,保证环流中的主要成分不改变,同时降低故障后逆变器并网电流的谐波畸变率,使MMC能够继续运行。改进了容错时的最大功率点跟踪控制环节,解决了容错时直流母线电压的恢复时间长的问题。利用MATLAB/Simulink搭建了MMC的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。     

三电平逆变器驱动双定子绕组PMSM系统容错控制

为了提高三电平逆变器驱动双定子绕组永磁同步电机(PMSM)系统的运行能力,设计了一种针对缺相故障和开关管开路故障的新型容错控制策略。新方案基于矢量空间解耦(VSD)控制实现了2套定子绕组的整体转矩控制。新方案可以实现优化目标下的缺相故障容错控制,如最小电流幅值方差。此外,针对开关管开路故障提出了基于VSD的补偿方案,即通过调整开关调制策略,实现了系统对称运行。新型容错控制方案还能抑制电流谐波和直流母线中点电压偏差。最后,PMSM容错试验结果验证了新型控制方案的有效性。     

基于相空间重构和支持向量机的三电平逆变器故障诊断技术

针对三电平逆变器交叉两桥臂的两只功率管同时开路故障(非典型故障)诊断问题,提出一种基于相空间重构和支持向量机(SVM)的故障诊断方法。该方法以三相电流为检测信号,为降低特征向量的维数,对三相电流进行了Park变换,然后采用相空间重构技术,对d、q轴电流分别进行重构,得到不同形状、大小和方向的电流轨迹图形,借助图像处理技术从中提取出故障特征向量,将其作为学习样本,在SVM中训练,使分类器能够建立不同特征向量和故障类型的映射关系,实现对二极管中点箝位型(NPC)三电平逆变器的故障诊断。仿真结果表明,该方法能够准确地定位故障元,诊断精度高。