基于H桥变流器的IGBT开路故障诊断

为了实现H桥变流器中IGBT开路故障的定位,提出了一种基于双重傅里叶积分的精确解析法,深入研究了H桥变流器中的IGBT在正常和开路故障时输出电压的谐波性能。H桥变流器中的IGBT在不同故障下,其输出电压直流量的幅值和奇偶次谐波的相位发生变化,将此作为IGBT故障的特征。在6k V级联STATCOM装置中进行实验验证。研究成果表明,该方法可以有效实现IGBT开路故障的定位。     

并网型级联H桥变换器直流电压平衡和功率均衡控制策略

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压平衡控制的基础上,通过引入调制波矢量误差分量对初始调制波矢量进行重构,不仅保证了直流侧电压平衡,而且能够使得各个H桥之间有功功率按需分配、无功功率等量分配。同时,基于线性调制理论,所提方法与直接修改调制比的电压平衡方法相比具有更宽的约束范围,能适用于更大负载不平衡度工况;MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

基于CPS—SPWM级联型脉冲宽度调制整流器设计

在建立级联型H桥脉冲宽度调制（pulsewidthmodulation,PWM）变换器的平均模型的基础上,对单极性和双极性调制算法谐波特性进行分析,提出基于左、右桥臂独立调制的级联型调制算法;分析了级联型直流侧电压不均衡的原理及调节方法,给出基于调制比重构的直流侧平衡控制算法。MATLAB／Simulink软件仿真验证了所提出调制策略以及控制策略的有效性。     

级联SVG逆变器的IGBT开路故障诊断研究

为了实现SVG逆变器中的IGBT开路故障的定位,提出了基于FFT分析和神经网络的故障诊断方法。该方法首先利用FFT分析技术,对H桥逆变器的输出的电压信号进行FFT分析,找出各次谐波含有率的规律,将谐波含有率较高的谐波作为特征信号。最后利用BP神经网络方法,实现了故障元件的定位。在Matlab搭建的级联SVG逆变器的IGBT开路故障系统中进行仿真实验验证。仿真实验结果表明,文章所提出的故障诊断方法能有效实现故障元件的定位。     

多电平级联H桥逆变器3N+1冗余容错策略的研究

为减小IGBT故障对多电平级联H桥(CHB)逆变器运行稳定性的影响,提高级联APF系统的故障容错能力,提出多电平CHB逆变器开路故障检测与3N+1冗余容错策略。该方案在单相故障情况下不改变系统控制策略,降低控制的复杂度,保障逆变器的输出并且保持线电压和负载的对称。该容错拓扑成本低、操作便利,可提高多电平逆变器的可靠性。仿真和实验结果证明该容错方案的合理性和切换的快速性。     

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。     

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。     

多电平变换器补偿不平衡负载的应用分析

为了准确分析级联H桥星型接法变换器、级联H桥角型接法变换器和模块化多电平变换器在电网故障情况补偿不平衡负载的能力,根据功率平衡原理分别建立了这三种多电平变换器的数学模型进行对比分析,并得出结论:基于级联H桥星型接法的STATCOM不适合补偿不平衡负载。基于级联H桥角型接法变换器的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障时补偿不平衡负载的性能迅速降低。基于模块化多电平变换器的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。最后,基于Matlab/Simulink仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性。     

基于残差变化率的单相级联H桥整流器IGBT开路故障诊断

为实现单相级联H桥整流器(SPCHBR)的IGBT开路故障实时诊断,提出一种基于残差变化率的IGBT开路故障诊断方法。首先建立SPCHBR的混合逻辑动态模型(MLD),生成网侧电流残差。然后从理论和仿真分析IGBT故障时的残差特征,结合电流残差变化率,定义不同开关信号隔离下的归一化诊断变量。通过设定阈值可以实现不同模块单个或双IGBT开路故障的检测和定位。所提方法不需要额外的传感器,诊断信号来自于控制系统,且诊断速度较快,在其他参数不变的前提下不受网压、负载和运行工况变化的影响。最后,通过硬件在环(HIL)测试系统验证了该诊断方法的有效性和可行性。     

不对称两单元H桥级联逆变器的混合载波PWM方法

与传统的级联H桥变换器相比,混合级联多电平变换器在相等的级联单元下可以输出更多的电平,减少了开关器件和隔离电源的数目,因而受到越来越多的关注。混合级联多电平变换器的发展,对其调制策略的研究和改善提出了新的要求。该文对混合级联拓扑常见调制策略的问题进行分析,提出一种针对不对称两单元H桥级联逆变器的混合载波脉宽调制方法。此方法在高压单元工作频率较低的情况下,对低压单元进行倍频调制,改善了输出电压的波形质量。同时在整个调制比范围内能有效解决传统混合调制方法中存在的功率倒灌问题。仿真与实验结果验证了该调制方法的可行性与有效性。     

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。     

级联H桥变换器PWM线性调制区共模注入扩增

微电网孤岛运行时,作为接口设备的级联H桥变换器在实现诸如负序补偿等辅助功能时,可能需配置非正弦的脉宽调制（PWM）波。为避免过调制,PWM调制波中正序分量将减小,从而降低变换器最大正序输出电压。对此,提出了一种新颖的共模分量注入技术,以最大化扩增PWM线性调制区。新方案无需在控制器中设置查找表即可实时实施,即独立于控制器,并与任意基于载波的PWM兼容。同时,新技术可用于对称型或非对称型级联H桥,并配合容错PWM一起使用时,可实现变换器的故障容错运行。利用级联H桥变换器样机进行了共模注入PWM测试,实验结果验证了新型PMW线性调制区扩增共模注入技术的效果。     

一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障，提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法，直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后，相应的电流和电压出现部分缺失和波动，从而推出故障情况下三者之间的对应关系。依据调制波和负载电流的方向，将系统运行分为4种工作模式，并在特定模式下诊断故障。对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析，用以识别H桥中对角开关故障。与现有方法相比，该方法扩展基于LSPWM下的故障范围为双管故障，诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路。通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性。     

基于直流储能的15电平混合级联变换器调制策略比较

多电平级联变换器由H桥子模块串联而成。将3个H桥子模块级联而成的传统级联7电平变换器的直流储能供电电压之比从1:1:1改为4:2:1,可得到一种改进版基于直流储能的15电平混合级联变换器。针对此调制策略进行研究,提出了一种新的适用于由直流储能装置供电的多电平变换器开关角度的算法。基于Saber仿真软件,分别应用阶梯波调制、PWM以及部分PWM 3种不同的调制策略进行验证和比较。最终,基于不加任何滤波器的输出电压总谐波失真、低次谐波分量以及该变换器开关损耗方面的仿真结果进行了对比,并对相应的调制策略进行了探讨。     

基于最近电平逼近调制的IGBT开路故障诊断方法

提出一种基于最近电平逼近调制(NLM)策略的全桥子模块IGBT开路故障诊断定位方法,分析子模块故障特性,根据调制NLM策略对桥臂子模块电容电压采样值的排序,计算其中位数作为子模块电容电压预测值。通过对比预测值与实测值获得诊断判据,该方法无需占用过多计算资源并快速完成故障诊断。同时通过改变故障子模块工作状态实现故障IGBT定位与子模块故障容错控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了该子模块IGBT开路故障诊断定位方法与容错控制策略的有效性。     

电容箝位五电平H桥变换器拓扑及调制策略

在电容箝位三电平电路基础上,借鉴常规H桥级联电路结构,构建了电容箝位五电平H桥变换器,对该变换器拓扑结构采用梯形波脉冲宽度调制策略,即将单个三角载波信号与多个梯形波调制信号进行规则对称采样的方法进行控制。与其他常用脉冲宽度调制方法相比,该调制方法下的输出基波电压幅值更高。仿真结果表明,该拓扑结构和控制策略是可行的。     

应用于PET的级联H桥直流侧电压平衡研究

电力电子变压器(power electronic transfoemer,PET)的级联模块存在直流母线电压不平衡的问题,严重影响系统的稳定运行.本文针对电力电子变压器的级联H桥整流器直流侧电压的不平衡问题进行研究.首先,通过建立级联H桥整流器的数学模型,分析了各个级联H桥模块之间产生电压不平衡的原因,并提出了基于调制波矢量重构技术的电压功率平衡控制策略.然后,通过重构调制波矢量,实现直流侧电压平衡,保证了各H桥给定有功功率等量分配,使流经H桥的无功功率按需分配.最后,通过在MATLAB/Simulink环境下进行仿真,验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于故障状态变量积分的级联H桥变流器功率单元开路故障检测

级联H桥型变流器(cascaded H-bridge converter,CHBC)被广泛应用于中压大容量领域。对CHBC功率单元绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开路故障的实时快速检测是提高CHBC的运行稳定性和供电可靠性的关键技术,提出了一种基于故障状态变量积分的开路故障检测方法。首先根据功率单元IGBT开路故障外特性建立CHBC开路故障下的数学模型;然后分析了检测方法的原理以及干扰因素;定义故障状态变量并对其积分以消除干扰因素的影响;设定不同积分量的阈值实现功率单元IGBT开路故障的检测;最后在PSCAD/EMTDC中验证了该检测方法的有效性。仿真结果表明:该检测方法可以在半个电流基波周期附近完成一个或多个IGBT开路故障的检测,并且不会因为CHBC运行工况的切换而发生误判,具有较好的鲁棒性。此外,该方法无需添加额外的传感器,具有经济性。     

载波移相调制技术在级联H桥STATCOM中应用

从载波移相(CPS)的原理出发,详细介绍了一种调制波反向的单极倍频CPS脉宽调制(PWM)技术在级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)中的应用。基于H桥单元及级联H桥拓扑,详细分析了一个周期内H桥功率单元各个IGBT器件的开关状态、三电平端口输出电压波形及实际的功率流状态,两个H桥单元的级联情况下的叠波状态及五电平端口输出电压波形。并利用Matlab仿真软件对单H桥单元三电平端口输出电压及频谱进行分析验证,还对级联H桥拓扑的五电平端口输出电压及频谱进行分析验证。通过搭建试验平台,对单模块的三电平及级联模块的五电平进行测试,理论分析和仿真验证及测试试验均说明调制波反向的单极倍频CPS-PWM技术在级联H桥STATCOM中应用的正确性及优越性。     

功率开关故障情况下MMC型电力电子变压器的故障穿越运行策略

基于模块化多电平结构的电力电子变压器输入级、隔离级和输出级均包含大量的IGBT和续流二极管。针对各层级IGBT和续流二极管在开路故障和短路故障下的电路拓扑和故障特性进行了分析,根据电力电子变压器各层级的特点,设计了相应的冗余方案以实现故障穿越:输入级采用子模块热备用冗余;隔离级首先对双有源桥进行了改进,通过在其串联电容侧并联半桥模块以便于单级双有源桥的切除,以此为基础为隔离级配置了热备用的冗余;输出级逆变器采用桥臂冗余。最后,通过仿真验证了所提故障穿越运行策略的有效性。