【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力電子變流，具體涉及一種三電平容錯變流器及其控制方法。
技術介紹
1、在電力電子領域，傳統三電平變流器憑借其能夠處理高電壓和大功率的顯著優勢，在儲能、風電、電氣傳動等多個行業中得到了廣泛應用。這類變流器通過三電平結構，有效地實現了對電能的高效變換和控制，滿足了眾多高電壓、大功率應用場景的需求。然而，隨著三電平變流器結構復雜性的增加以及功率模塊集成的日益緊密，其在運行過程中的故障率也隨之提高。
2、三電平變流器的結構復雜性不僅體現在其內部電路的精細設計上，還表現在各個功率模塊的緊密集成和相互依賴上。這種復雜性使得變流器在運行時更容易受到各種因素的影響，如元件老化、外部干擾等，從而導致故障的發生。此外，隨著變流器運行年限的增加，其潛在故障概率也呈現出大幅度上升的趨勢。
3、在變流器發生故障后，如何確保系統能夠繼續運行或至少短暫運行，為整體停機提供必要的緩沖時間，成為了當前行業亟待解決的關鍵問題。
技術實現思路
1、針對現有技術的上述不足，本專利技術提供一種三電平容錯變流器及其控制方法，以解決上述技術問題。
2、第一方面，本專利技術提供一種三電平容錯變流器，包括直流電路、變流電路、檢測電路、驅動單元和控制單元，直流電路包括支撐電容fc1和支撐電容fc2，變流電路包括三個并聯的三電平橋臂，包括a相電平橋臂、b相電平橋臂和c相電平橋臂，每個電平橋臂包括上橋臂、下橋臂和第三橋臂，上橋臂、下橋臂和第三橋臂分別包括兩個串聯設置的絕緣柵雙極型晶體管
3、支撐電容fc1的第一端連接到直流正母線，支撐電容fc2的第一端連接到直流負母線，支撐電容fc1的第二端和支撐電容fc2的第二端均連接到第三橋臂的中心點處；
4、檢測電路設置在三電平容錯變流器的輸出端處，對a相電平橋臂、b相電平橋臂和c相電平橋臂分別進行三相電壓和三相電流檢測，并將檢測到的三相電壓和三相電流數據傳輸至控制單元的輸入端，驅動單元用于檢測各個絕緣柵雙極型晶體管的電壓信號，并將檢測到的各個絕緣柵雙極型晶體管電壓信號傳輸至控制單元，控制單元根據接收到的各個絕緣柵雙極型晶體管電壓信號判斷變流電路上是否存在故障，并在確定存在故障時根據接收到的三相電壓和三相電流數據重構驅動信號，并通過驅動單元將重構的驅動信號發送到剩余完好的相應絕緣柵雙極型晶體管，以控制其導通；正常運行時，第三橋臂上的絕緣柵雙極型晶體管處于斷開狀態。
5、本技術方案的進一步改進還有，還包括濾波電路，上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處通過濾波電路連接到三電平容錯變流器的輸出端。
6、本技術方案的進一步改進還有，濾波電路包括濾波電感lf和濾波電容cf，濾波電感lf的第一端連接到上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處，濾波電感lf的第二端和濾波電容cf的第一端均連接到三電平容錯變流器的輸出端，濾波電容cf的第二端星型連接。
7、本技術方案的進一步改進還有，檢測電路包括電壓傳感器tvs和電流傳感器tas，電壓傳感器tvs的第一端連接到濾波電感lf的第二端，電壓傳感器tvs的第二端星型連接，電流傳感器tas設置在濾波電感lf的第二端和三電平容錯變流器的輸出端之間的連線上。
8、第二方面，本專利技術提供一種三電平容錯變流器的控制方法，包括：
9、檢測電路對a相電平橋臂、b相電平橋臂和c相電平橋臂分別進行電壓和電流檢測，并將檢測到的三相電壓和三相電流數據傳輸至控制單元；
10、驅動單元對各個絕緣柵雙極型晶體管的電壓信號進行檢測，并將檢測到的各個絕緣柵雙極型晶體管的電壓信號傳輸至控制單元；
11、控制單元根據接收到的各個絕緣柵雙極型晶體管的電壓信號判斷變流電路上是否存在故障；
12、若是，則控制單元根據接收到的三相電壓和三相電流數據重構驅動信號，并通過重構的驅動信號控制剩余完好的相應絕緣柵雙極型晶體管導通。
13、本技術方案的進一步改進還有，在進行控制單元重構驅動信號之前還包括：
14、控制單元根據接收到的各個絕緣柵雙極型晶體管的電壓信號確定出故障位置，并根據故障位置確定出重構的驅動信號與剩余完好絕緣柵雙極型晶體管的對應關系。
15、本技術方案的進一步改進還有，重構驅動信號的方法為：
16、控制單元對接收到的三相電壓和電流數據進行clarke坐標變換和park坐標變換，得到dq旋轉坐標系，以及得到dq旋轉坐標下dq軸正序電壓和電流分量與dq軸負序電壓和電流分量；
17、在dq旋轉坐標系下，對正序dq軸電壓分量進行pi控制，得到鎖定相角teta以及dq軸坐標下的電壓和電流值；
18、對電流進行pi正負序控制，得到電壓指令增量值，同時得到對稱的輸出電流；
19、對電壓增量進行前饋控制；
20、對進行前饋控制后的電壓進行電壓坐標反變換，得到靜止兩相坐標系下電壓橫坐標分量和縱坐標分量；
21、對兩相坐標系下的電壓橫坐標分量和縱坐標分量進行空間矢量調制，生成三相pwm驅動波形，并設置死區時間；
22、輸出對稱電流和經過空間矢量調制后的對稱電壓。
23、本技術方案的進一步改進還有，前饋控制的公式為：
24、；
25、其中，為前饋后正序電壓的d軸分量指令，為前饋后正序電壓的q軸分量指令，為前饋后正序電壓的q軸分量指令，為前饋后負序電壓的q軸分量指令，為正序電壓d軸分量的電壓增量，為正序電壓q軸分量的電壓增量，為負序電壓d軸分量的電壓增量，為負序電壓q軸分量的電壓增量，為正序電流的d軸分量，為正序電流的q軸分量，為負序電流的d軸分量，為負序電流的q軸分量，為同步角速度，為濾波電感lf的電感值。
26、本技術方案的進一步改進還有，對兩相坐標系下的電壓橫坐標分量和縱坐標分量進行空間矢量調制，生成三相pwm驅動波形，并設置死區時間，其步驟具體包括：
27、定義電壓空間矢量，并根據三電平容錯變流器電平橋臂上絕緣柵雙極型晶體管的開關狀態，得到空間電壓基矢量圖；
28、判斷空間電壓基矢量所在扇區，并根據等效原則計算出空間電壓基矢量圖中各扇區下矢量電壓的作用時間；
29、根據不同扇區，查表得到三相調制波tma、tmb、tmc；
30、根據三相調制波tma、tmb、tmc生成三相pwm驅動波形，并設置死區時間。
31、本技術方案的進一步改進還有，電壓空間矢量定義為：
32、；
33、其中，α=ej2π/3為旋轉因子；uan、ubn和ucn為三電平容錯變流器輸出端本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種三電平容錯變流器，其特征在于，包括直流電路、變流電路、檢測電路、驅動單元和控制單元，直流電路包括支撐電容FC1和支撐電容FC2，變流電路包括三個并聯的三電平橋臂，包括A相電平橋臂、B相電平橋臂和C相電平橋臂，每個電平橋臂包括上橋臂、下橋臂和第三橋臂，上橋臂、下橋臂和第三橋臂分別包括兩個串聯設置的絕緣柵雙極型晶體管，絕緣柵雙極型晶體管通過驅動單元連接到控制單元，上橋臂的第一端連接到直流正母線，下橋臂的第一端連接到直流負母線，上橋臂的第二端連接到下橋臂的第二端，上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處連接到三電平容錯變流器的輸出端，第三橋臂的第一端連接到上橋臂的中心點處，第三橋臂的第二端連接到下橋臂的中心點處；
2.根據權利要求1所述的三電平容錯變流器，其特征在于，還包括濾波電路，上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處通過濾波電路連接到三電平容錯變流器的輸出端。
3.根據權利要求2所述的三電平容錯變流器，其特征在于，濾波電路包括濾波電感Lf和濾波電容Cf，濾波電感Lf的第一端連接到上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處，濾波電感Lf的第二端和濾波電容Cf
4.根據權利要求3所述的三電平容錯變流器，其特征在于，檢測電路包括電壓傳感器TVS和電流傳感器TAS，電壓傳感器TVS的第一端連接到濾波電感Lf的第二端，電壓傳感器TVS的第二端星型連接，電流傳感器TAS設置在濾波電感Lf的第二端和三電平容錯變流器的輸出端之間的連線上。
5.一種三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，包括：
6.根據權利要求5所述的三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，在進行控制單元重構驅動信號之前還包括：
7.根據權利要求6所述的三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，重構驅動信號的方法為：
8.根據權利要求7所述的三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，前饋控制的公式為：
9.根據權利要求7所述的三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，對兩相坐標系下的電壓橫坐標分量和縱坐標分量進行空間矢量調制，生成三相PWM驅動波形，并設置死區時間，其步驟具體包括：
10.根據權利要求9所述的三電平容錯變流器的控制方法，其特征在于，電壓空間矢量定義為：
...【技術特征摘要】
1.一種三電平容錯變流器，其特征在于，包括直流電路、變流電路、檢測電路、驅動單元和控制單元，直流電路包括支撐電容fc1和支撐電容fc2，變流電路包括三個并聯的三電平橋臂，包括a相電平橋臂、b相電平橋臂和c相電平橋臂，每個電平橋臂包括上橋臂、下橋臂和第三橋臂，上橋臂、下橋臂和第三橋臂分別包括兩個串聯設置的絕緣柵雙極型晶體管，絕緣柵雙極型晶體管通過驅動單元連接到控制單元，上橋臂的第一端連接到直流正母線，下橋臂的第一端連接到直流負母線，上橋臂的第二端連接到下橋臂的第二端，上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處連接到三電平容錯變流器的輸出端，第三橋臂的第一端連接到上橋臂的中心點處，第三橋臂的第二端連接到下橋臂的中心點處；
2.根據權利要求1所述的三電平容錯變流器，其特征在于，還包括濾波電路，上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處通過濾波電路連接到三電平容錯變流器的輸出端。
3.根據權利要求2所述的三電平容錯變流器，其特征在于，濾波電路包括濾波電感lf和濾波電容cf，濾波電感lf的第一端連接到上橋臂的第二端和下橋臂的第二端連接點處，濾波電感lf的第二端和濾波電容cf的第一端均連接到三...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊傳江，王成賢，雷明壯，王祥君，
申請(專利權)人：中車山東風電有限公司，
類型：發明
國別省市：
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