[发明专利]一种三相-单相矩阵变换器的容错控制方法

说明书

本发明公开一种三相‑单相矩阵变换器的容错控制方法，该方法在BUCK型三相‑单相矩阵变换器(3‑1MC)开关元件发生短路故障时，利用快速熔断器将对应桥臂转换为开路故障；在开关元件发生开路故障时，对该桥臂进行故障隔离，通过双向晶闸管接入中线进行系统重构，通过调制策略设计，实现输出电压稳定，同时对解耦电感根据故障相不同选择去除电感、脉动功率解耦和电流解耦三种不同模态，从而实现了降低容错控制工况下输入电流谐波含量的控制效果。

技术领域

本发明涉及一种三相-单相矩阵变换器，特别涉及一种含有功率补偿电感的三相-单相矩阵变换器的容错控制方法。

背景技术

矩阵变换器可实现交-交直接变换，具有输出频率可调，输入功率因数高，控制灵活等优点。三相-单相矩阵变换器(3-1MC)在高频感应加热、电气化铁路系统及工业、航空电源领域具有良好的应用前景。在为重要的供电负荷时，供电可靠性作为重要的技术指标尤其关键，矩阵变换器开关元件数量多，出现开路或短路故障的概率较高，是矩阵变换器实用化的瓶颈之一。

为解决以上问题，针对带补偿电感的BUCK型3-1MC的容错控制技术进行了设计，对于不同输出相发生短路或开路故障，该容错控制方法均能在确保输出电压稳定的前提下，减小输入电流谐波含量，提高了其实际工作中的可靠性，并降低了对输入电源测的谐波污染，可对其实际应用具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对三相-单相矩阵变换器可能出现的短路、开路故障，为提高其供电可靠性，提出了一种三相-单相矩阵变换器的容错控制方法，具有在发生短路、开路故障情况下，仍可以为负载提供稳定的输出电压，同时可有效抑制输入电流谐波含量。

技术方案：本发明涉及一种带功率解耦单元的三相-单相矩阵变换器，主电路包括三相输入电源、LC输入滤波器、3*3开关矩阵、LC输出滤波器(输出相)、脉动功率补偿电感(解耦相)、快速熔断器和双向晶闸管等。主电路如图1所示，图中的快速熔断器在开关元件发生短路故障时，可以迅速熔断使故障相隔离；当发生开路故障时，检测电路根据故障相判断，通过控制器封锁该桥臂驱动信号，使得故障相被隔离。故障隔离后启动容错控制策略，实现系统的容错运行。

本发明提供了一种三相-单相矩阵变换器的容错控制方法，包括以下步骤：

1、该矩阵变换器由九个双向开关构成3*3开关矩阵，电源通过三个输入端(a、b、c)供电，输出侧有三个引出端(A、B、C)，每个输出端与快速熔断器串联，A相接负载端经过双向晶闸管与中性线相连。补偿电感连接在B、C间，3-1MC在正常工作时，双向晶闸管处于阻断状态，A、C相对单相负载供电，B、C相间的补偿电感对脉动功率进行解耦控制。发生短路故障时，快速熔断器熔断，使对应相开关桥臂被隔离，发生开路故障时，控制器对该桥臂进行脉冲封锁从而实现故障相隔离。

2、为实现容错控制，调制策略包括以下步骤：

步骤1：容错调制策略中，根据输入三相电压关系，每个输出相的占空比计算公式为：

其中，V_max为三相输入电压最高值，V_mid为三相输入电压中间值，V_min为三相输入电压最小值。为该相电压指令函数。

步骤2：当A相故障时，双向晶闸管触发，接通中性线，输出相接于中性线与C相间，此时C相调制函数为：补偿电感用于对输出相进行功率解耦，B相调制函数为：

步骤3：当B相故障时，输出相接于A、C相间，A相调制函数为：C相调制函数为：

步骤4：当C相故障时，输出相与补偿电感串联，接于A相与B相间，此时A相调制函数为：B相调制函数为：

附图说明

图1为容错控制的三相-单相矩阵变换器主电路；