[发明专利]具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力控制技术，特别涉及一种具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路及其控制方法。

背景技术

相对于传统的两电平逆变器，多电平逆变器具有输出电平数增加、更好的谐波频谱、器件所承受的电压应力小等优势，但是由于多电平电路使用了数量较多的开关器件，导致电路的可靠性相应降低，任何一个器件故障都有可能导致整个电路停止工作，甚至会影响到其他电路的安全，造成不可估量的经济损失。

由于在某些重要的应用场合，对电路的可靠性要求比较高，甚至要求在出现故障后，仍然希望电路能够继续工作，因此，目前出现许多多电平逆变器的容错技术，比如 “三桥臂”和“四桥臂”两种。“三桥臂”容错方法是在不增加基本NPC逆变器主电路桥臂的基础上进行容错控制。当某相桥臂出现故障时，把故障相的负载直接连接到直流电压中心点，但是这种方法普遍存在容错后电路需要降额运行的缺点。“四桥臂”的方法就是在基本NPC逆变器的基础上，额外增加一个相同结构的桥臂，当电路的某相桥臂出现故障时，用来替换故障相，由于采用结构相同的桥臂，因此电路的开关数量和成本都将明显增加。

发明内容

本发明是针对多电平逆变电路容易出现故障的问题，提出一种具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路及其控制方法，该电路能在NPC三电平逆变器某相桥臂发生器件故障时仍然能够继续工作，并在容错控制后保持三相平衡工作，不降低电路的输出功率。

本发明的技术方案为：一种具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路，包括NPC三电平逆变器电路、三相负载、二电平桥臂电路、三组双向可控常开开关、三组双向可控常闭开关，二电平桥臂电路由串联的两个功率器件以及并联在功率器件的反并二极管组成，二电平桥臂电路并联接直流电两端，二电平桥臂电路串联的两个功率器件中点通过三组双向可控常开开关接三相负载，负载通过三组组双向可控常闭开关接三相逆变电路输出。

一种具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路控制方法，包括具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路，当正常工作时，NPC三电平逆变器电路输出给三相负载；当三相某桥臂发生故障时，控制断开故障相的双向可控常闭开关，闭合故障相的双向可控常开开关，把原来连接在故障相的负载连接到二电平桥臂电路的中点。

所述二电平桥臂电路串联的两个功率器件的开关信号互补，一个开通，另一个就关断。当三相某桥臂发生故障时，二电平桥臂电路采用双极性SPWM方法控制不对称桥臂。

本发明的有益效果在于：本发明具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路及其控制方法，在容错控制后保持三相平衡工作，不降低电路的输出功率，使NPC三电平逆变器电路可靠性得到提高。

附图说明

图1为本发明具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路框图；

图2为NPC三电平逆变器电路图； 

图3为本发明具有容错拓扑的NPC三电平逆变器的电路图； 

图4为本发明工作状态承受电压示意图；

图5为本发明容错状态承受电压示意图；

图6为本发明容错系统控制方法流程图；

图7为本发明容错时采用双极性SPWM控制方法波形图；

图8为本发明容错时采用双极性SPWM控制二电平桥臂相电压波形图；

图9为本发明容错时采用双极性SPWM控制二电平桥臂负载相电压频谱图；

图10为本发明正常工作的两相桥臂相电压波形图。

具体实施方式

如图1所示具有容错拓扑的NPC三电平逆变器电路框图，电路主要包括：NPC三电平逆变器电路1，三相负载2，二电平桥臂电路3，三组双向可控常开开关4，三组双向可控常闭开关5。