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.     

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.     

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。     

面向复合故障的牵引逆变器四桥臂容错控制

针对牵引变流器中NPC型三电平逆变器在一相或两相桥臂发生复合故障后的容错控制问题,在给出三电平逆变器四桥臂容错拓扑及其控制方式的基础上,通过分析逆变器主桥臂冗余矢量容错能力,归纳出复合故障类型,并就不同类型故障提出相冗余与矢量冗余相结合的容错控制策略,最终通过仿真建模对复合故障容错控制策略进行验证。仿真结果表明,三电平逆变器两相桥臂同时发生故障时可实现自动容错,故障后系统仍可全额或降额持续运行,验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

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。     

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。     

基于能量谱熵及小波神经网络的有源中性点钳位三电平逆变器故障诊断

功率开关器件是逆变器核心组成部分,其故障特征参数的提取及分类方法是故障诊断和预测的重要技术基础,对于提高逆变器可靠性具有重要意义。以有源中性点钳位(ANPC)三电平逆变器的IGBT开路故障诊断为例,首先提出一种基于能量谱熵及小波神经网络的故障诊断方法,采用ANPC三电平逆变器上、中、下桥臂电压作为测量信号,通过小波包能量谱熵提取桥臂电压信号特征,并利用核主成分分析对特征向量进行优化;其次利用自适应矩估计小波神经网络(A-WNN)建立故障字典;最后通过搭建实验平台验证了算法的可行性。实验结果表明,A-WNN具有故障特征辨识速度快、精度高等优点,适用于ANPC三电平逆变器实时故障诊断。     

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.     

一种优化三电平ANPC逆变器的MPC策略

针对三电平逆变器存在的中点电压波动,器件损耗不平衡等问题,提出了一种用于改善三电平有源中点钳位型逆变器(ANPC)中点电压平衡,系统响应速度等性能的模型预测控制算法。该算法基于Lyapunov函数的电压模式控制,利用逆变器功率开关的离散行为,设置开关状态控制器预选择电压矢量,利用优化后的开关状态矢量集来控制逆变器的功率开关。在MATLAB/Simulink环境中搭建了三相三电平ANPC逆变器模型,同SVPWM算法比较更好地平衡了中点电压和减少谐波含量,同时使计算速度提高了17.37%,总谐波失真降低了22.33%。验证了所提策略的有效性和合理性。     

基于开绕组电机的双逆变器拓扑分析与容错算法研究

基于开绕组电机的双逆变器拓扑能够有效提高输出电压等级与输出电平数,利用MATLAB环境下的线性变压器、受控电流源等模块搭建了开绕组电机的电气流仿真模型。分析了双逆变器拓扑的数学模型,针对其容错特性,提出一种基于参考电压矢量解耦的SVPWM容错控制算法,并搭建实验平台进行验证。仿真结果以及实验结果验证了开绕组异步电动机仿真模型以及容错控制算法的有效性。     

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。     

一种高密度磁场电磁搅拌电源的容错方法

提出了一种高密度磁场电磁搅拌系统电源的容错拓扑结构及其容错控制策略,以提高系统的可靠性和稳定性。首先分析了所提高密度磁场电磁搅拌系统的原理。其次分别对电磁搅拌电源的前级三相整流器和后级两相正交逆变器进行了容错拓扑结构的设计,容错空间大,从结构上提高电磁搅拌电源的可靠性。并提出了脉冲重置方法,结合前后级各自的控制方法,形成容错控制策略,使得容错电磁搅拌电源在故障前后不需转换控制算法,从控制算法上提高电磁搅拌电源的可靠性。通过仿真和实验验证了所提容错电磁搅拌电源拓扑及其容错控制策略的正确性。     

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。     

一种新型七电平有源中点钳位型逆变器的拓扑结构及其换流策略

有源中点钳位型(active neutral-point-clamped,ANPC)多电平逆变器是一种新型的多电平逆变器。该文分析普通七电平有源中点钳位型(seven-level active neutral-pointclamped inverter,ANPC-7L)逆变器的开关状态,给出悬浮电容电压控制的方法,指出其开关状态切换时可能出现的串联管动态均压问题和多电平跳变问题。该文提出一种新型的改进拓扑和换流策略,可以彻底解决这两个问题。在一台380V/5kW的ANPC-7L逆变器上取得的实验结果表明,所提拓扑和换流策略是有效的。     

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。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

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。     

有源中点钳位5电平变流器SHE-PWM控制方法

考虑到传统二极管钳位型和电容钳位型拓扑应用于6 k V/10 k V高压变频领域时存在的诸多问题,提出了一种有源中点钳位式(ANPC)5电平变流器选择谐波消除脉宽调制(SHE-PWM)控制方法。在分析了ANPC 5电平拓扑各桥臂的基本结构的基础上,建立了ANPC拓扑相关数学模型;分析了5电平SHE-PWM的基本原理,构建了以消除低次谐波为目标的非线性方程组,并基于牛顿迭代法给出N=7时的SHE-PWM相关解域;针对ANPC拓扑存在的飞跨电容稳压问题,分析了飞跨电容的稳压原理,进而给出了冗余电压矢量调度方式。样机实验结果表明,所提ANPC 5电平拓扑SHE-PWM控制方法实现了低开关频率下变流系统的高效控制,在消除系统低次谐波的基础上,保证了直流电容和飞跨电容的稳压效果。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。