并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构.针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法.首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流.其次,建立容错变换器功率预测模型,...     

三相逆变器低成本容错拓扑的工程运行研究

针对工程运行中大功率三相逆变器功率开关器件易于损坏并造成严重事故的问题,提出了改进容错方案.首先从逆变器主电路的硬件拓扑结构入手,采用低成本电力接触器实现了事故发生时,备份桥臂与相应的触发控制线路一次性切换替代事故桥臂;再从电动机气隙磁链轨迹的控制理论出发,研究利用三相四开关逆变器拓扑结构,实现电动机准两相容错运行;最后,探讨了电动机不得不单相或准单相运行时,如何控制气隙磁链轨迹改进电动机的故障运行质量.     

高可靠性三相多功能并网变换器研究

三相多功能并网变换器（three-phase multi-functional grid-connected converter,TMGC）在实现微电网并网的同时，复合了电能质量治理功能，具有重要的应用前景。为提高TMGC的运行可靠性，提出了TMGC的重构技术及其容错控制策略。首先，采用一种适用于变换器开路故障的故障诊断方法，当开路故障发生时，依据变换器故障前后中点电压偏差的特征和实时开关状态来进行故障诊断；其次，提出一种TMGC的重构拓扑，实现TMGC二次故障的重构，容错空间大；然后，提出TMGC的容错控制策略，结合谐波抑制控制、PQ控制及脉冲重置方法，使TMGC故障后能继续实现并网微电网的功率控制及谐波抑制功能，最终形成高可靠性三相多功能并网变换器（high reliability three-phase multi-functional grid-connected converter,HRTMGC）；最后，通过Matlab/Simulink仿真，结果证明了所提重构技术及其容错控制策略的有效性。     

基于空间矢量滞环控制的新型容错三相四开关并网逆变器

三相双降压式并网逆变器是一种性能优良的新型拓扑,在可再生能源发电中具有重要应用价值。为了使三相双降压式并网逆变器在发生故障后能容错运行,提出了新型容错三相四开关并网逆变器并用来做三相双降压式并网逆变器故障重构后的运行拓扑,从而提高系统的可靠性。为了使故障后重构的新型容错三相四开关并网逆变器依然能向电网输送高质量的电能,并获得很好的动态性能和稳态性能,在等效分析的基础上研究了新型容错三相四开关并网逆变器空间矢量滞环控制。仿真结果表明,采用空间矢量滞环控制后的新型三相四开关并网逆变器对输入扰动和电网扰动都具有很好的抑制能力,表现出很好的动态和稳态性能,且输出并网电流波形谐波含量低,波形质量好,能保证故障后的可靠供电。     

新型三相容错逆变器研究

功率变换器中电力电子器件及其驱动电路是最易发生故障的薄弱环节,为提高系统可靠性,提出一种新型容错逆变器。通过在每个桥臂上串联快速熔断器,实现短路故障转换为开路故障,同时实现所在支路的故障隔离。通过在传统逆变器的直流环节添加辅助单元,实现逆变器发生单上开关管开路故障、单下开关管开路故障和一个桥臂上下两开关管同时开路故障时的容错运行,并且不降低系统性能。详细阐述该容错逆变器拓扑的工作原理和动作模式。对提出的新型容错逆变器驱动三相无刷直流电机进行仿真和实验,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

永磁同步电机驱动系统逆变器容错重构控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统在逆变器故障状态下的容错控制,讨论了容错逆变器的拓扑结构,分析了六开关三相逆变器和四开关三相逆变器驱动系统输出电压空间矢量及其对系统性能的影响。研制了一个基于常规六开关逆变器的容错辅助控制电路,实现了容错逆变器在故障下的重构。针对PMSM直接转矩控制系统的实验研究,验证了容错辅助控制电路设计的正确性,证明采用容错逆变器可实现驱动系统的不间断运行。     

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...     

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。     

一种三相重构逆变器的故障诊断方法

提出一种三相重构逆变器故障诊断方法。当逆变器中的任一功率开关发生开路故障,首先计算直流侧中点电压及其与参考直流中点电压的偏差,根据直流侧中点电压偏差极性判定故障发生在上桥臂还是下桥臂的功率开关;其次重构逆变器拓扑;再次计算直流侧中点电压及其与参考直流中点电压的偏差,根据直流侧中点电压偏差极性判定故障发生在哪一相,从而最终确定发生故障的功率开关。通过仿真实验验证了该故障诊断方法的有效性及快速性。     

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。     

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。     

三相四开关结构的容错型有源电力滤波器

提出了一种基于三相四开关结构容错型有源电力滤波器,并提出其控制方法.首先给出了容错型有源电力滤波器的结构和运行模式.逆变器某相故障时,逆变器的容错结构为三相四开关型逆变器,即以两个电容组成的桥臂代替故障相,并分析了其工作原理.提出了稳定直流侧总电压和两个电容电压平衡的方法.仿真结果表明,三相四开关结构容错型有源电力滤波器在正常工作状态和故障状态都能较好地抑制谐波,直流侧电压保持稳定,系统可靠性高.     

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。     

有源电力滤波器容错控制研究

针对有源电力滤波器(APF)主电路中。IGBT易出故障的问题,提出了容错型三相四开关APF。介绍了新型容错拓扑的结构,并分析短路故障和开路故障下如何进行故障隔离与拓扑切换。由于每个桥臂故障后的容错结构,采用传统方法实现空间矢量脉宽调制(SVPWM)时较复杂,对比提出了相应的改进算法,并对比3种桥臂故障情况,进行了算法简化的理论分析。搭建容错型三相四开关APF实验平台,实验表明该容错控制方案可行。     

基于Matlab／Simulink的三相逆变器控制策略的仿真研究

本文对三相四桥臂逆变器系统的主电路拓扑结构及控制策略等问题进行了理论分析和计算机仿真实验研究。分析了三相逆变器的中点电压同逆变桥开关状态相对应这一特性,提出了一种基于SVM的控制四桥臂三相逆变器控制方案,该控制方案易于实现带不平衡负载、非线性负载。仿真结果证明该控制方案是可行的。     

实现有源功率解耦控制的改进三相四桥臂拓扑

传统三相四桥臂拓扑在含单相/三相不平衡负载或源的微电网系统中备受关注。然而当采用现有策略控制电压三相平衡时,由于单相/三相不平衡负载或源的存在,交流侧电流存在负序分量,将引起瞬时功率二次脉动,耦合到直流侧,导致直流电压或电流含有二次纹波,影响系统性能和寿命。针对该问题,文中提出了一种改进的三相四桥臂拓扑,并通过有源功率解耦控制,在不增加开关器件的基础上,使交流侧的二次脉动功率由交流侧电容提供,直流侧仅需提供交流侧平均功率分量,实现功率解耦并减小系统总电容量。其次,分析了所提拓扑直流侧所需最低电压和开关器件电流应力的影响因素。最后,仿真以及实验结果表明所提改进拓扑和策略在保证电压质量的同时可以实现有源功率解耦,有利于改善系统性能并实现直流侧电容轻量化。     

电动汽车驱动一体化系统牵引模式下逆变器的开路容错控制策略

提出了一种电动汽车驱动与充电一体化系统的拓扑结构,该一体化拓扑在牵引模式下等效于一个双向DC/DC变换器和三相3H桥逆变器,PMSM开绕组。为提高电机驱动系统的高可靠性,在分析开绕组PMSM数学模型的基础上,从具有故障容错功能的控制策略方面入手针对三相3H桥逆变器进行了研究,分析了三相3H桥逆变器的故障类型,并针对故障相开路的两相2H桥逆变器提出了一种两相滞环PWM调制策略。实验结果表明,驱动与充电一体化系统在牵引模式下,如果三相3H桥逆变器发生故障,通过逆变器的拓扑重构,能够实现PMSM系统的良好运行性能。     

一种应用于磁悬浮轴承的具有容错功能的多桥臂开关功放电路EI北大核心CSCD

功率放大器是磁悬浮轴承系统的重要组成部分,但其中的电力电子器件易发生故障,是整个系统中稳定性较为薄弱的环节。由于器件过压击穿、雪崩击穿、热击穿、器件破裂、焊接线破裂、焊接线浮起等问题,将会使功率放大器工作在非正常状态,轻则影响系统性能,增加其他器件的电压和电流应力;重则会使系统陷入崩溃。该文针对五相六桥臂开关功放的开路故障,提出一种具有容错功能的多桥臂开关功放拓扑,并给出相应的容错控制策略。首先分析容错功放拓扑的工作原理,然后基于电流差值变化的特点给出判断开路故障的方法,并通过相应的容错控制策略,实现冗余桥臂对故障桥臂的替换,以达到故障不停机的目的。最后,仿真与实验结果显示,该容错拓扑能够实现每相电流在发生开路故障后快速恢复控制,证明该容错拓扑的安全性和可行性。     

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。     

四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统

四开关三相逆变器作为传统六开关逆变器故障后重构拓扑得到了研究重视。该文研究了四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统,分析了四开关逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,并在搭建的仿真和实验平台上进行了对比研究。结果表明,四开关逆变器的采用实现了永磁同步电动机驱动系统的容错运行,同时由于使用较少的功率器件也减小了系统体积,降低了成本。