[发明专利]具有容错功能的T型三电平逆变器及其容错控制方法

权利要求书

1.一种具有容错功能的T型三电平逆变器，包括a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路和两个分压电容，每相所述的桥臂电路由四个功率开关器件、一个电阻和一个电感组成，十二个所述的功率开关器件均为自带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：还包括容错单元，所述的容错单元由四个容错用功率开关器件和三个容错用双向晶闸管组成，所述的容错用功率开关器件为自带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管，第1个所述的容错用功率开关器件的集电极与第1个所述的分压电容的正端连接，第1个所述的容错用功率开关器件的发射极分别与第1个所述的容错用双向晶闸管的第二阳极、第2个所述的容错用双向晶闸管的第二阳极、第3个所述的容错用双向晶闸管的第二阳极、第3个所述的容错用功率开关器件的集电极、第4个所述的容错用功率开关器件的集电极连接，第1个所述的容错用双向晶闸管的第一阳极与a相的桥臂中点连接，第2个所述的容错用双向晶闸管的第一阳极与b相的桥臂中点连接，第3个所述的容错用双向晶闸管的第一阳极与c相的桥臂中点连接，第2个所述的容错用功率开关器件的集电极与两个所述的分压电容的直流电压中点连接，第2个所述的容错用功率开关器件的发射极与第3个所述的容错用功率开关器件的发射极连接，第4个所述的容错用功率开关器件的发射极与第2个所述的分压电容的负端连接，四个所述的容错用功率开关器件各自的门极和三个所述的容错用双向晶闸管各自的门极用于接入驱动信号。

2.根据权利要求1所述的具有容错功能的T型三电平逆变器，其特征在于每相所述的桥臂电路中的第1个所述的功率开关器件的集电极与第1个所述的分压电容的正端连接，每相所述的桥臂电路中的第1个所述的功率开关器件的发射极分别与对应一相所述的桥臂电路中的第3个所述的功率开关器件的集电极、第4个所述的功率开关器件的集电极和所述的电阻的一端连接，且公共连接端为对应一相的桥臂中点，每相所述的桥臂电路中的第2个所述的功率开关器件的集电极分别与第1个所述的分压电容的负端和第2个所述的分压电容的正端连接，第1个所述的分压电容的负端和第2个所述的分压电容的正端连接的公共连接端为两个所述的分压电容的直流电压中点，每相所述的桥臂电路中的第2个所述的功率开关器件的发射极与对应一相所述的桥臂电路中的第3个所述的功率开关器件的发射极连接，每相所述的桥臂电路中的第4个所述的功率开关器件的发射极与第2个所述的分压电容的负端连接，每相所述的桥臂电路中的所述的电阻的另一端与对应一相所述的桥臂电路中的所述的电感的一端连接，三相所述的桥臂电路各自中的所述的电感的另一端连接在一起，每相所述的桥臂电路中的四个所述的功率开关器件各自的门极用于接入驱动信号。

3.一种具有容错功能的T型三电平逆变器的容错控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：搭建具有容错功能的T型三电平逆变器，其包括a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路、两个分压电容及容错单元，每相桥臂电路由四个功率开关器件、一个电阻和一个电感组成，四个功率开关器件均为自带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管，每相桥臂电路中的第1个功率开关器件的集电极与第1个分压电容的正端连接，每相桥臂电路中的第1个功率开关器件的发射极分别与对应一相桥臂电路中的第3个功率开关器件的集电极、第4个功率开关器件的集电极和电阻的一端连接，且公共连接端为对应一相的桥臂中点，每相桥臂电路中的第2个功率开关器件的集电极分别与第1个分压电容的负端和第2个分压电容的正端连接，第1个分压电容的负端和第2个分压电容的正端连接的公共连接端为两个分压电容的直流电压中点，每相桥臂电路中的第2个功率开关器件的发射极与对应一相桥臂电路中的第3个功率开关器件的发射极连接，每相桥臂电路中的第4个功率开关器件的发射极与第2个分压电容的负端连接，每相桥臂电路中的电阻的另一端与对应一相桥臂电路中的电感的一端连接，三相桥臂电路各自中的电感的另一端连接在一起，每相桥臂电路中的四个功率开关器件各自的门极用于接入驱动信号，容错单元由四个容错用功率开关器件和三个容错用双向晶闸管组成，容错用功率开关器件为自带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管，第1个容错用功率开关器件的集电极与第1个分压电容的正端连接，第1个容错用功率开关器件的发射极分别与第1个容错用双向晶闸管的第二阳极、第2个容错用双向晶闸管的第二阳极、第3个容错用双向晶闸管的第二阳极、第3个容错用功率开关器件的集电极、第4个容错用功率开关器件的集电极连接，第1个容错用双向晶闸管的第一阳极与a相的桥臂中点连接，第2个容错用双向晶闸管的第一阳极与b相的桥臂中点连接，第3个容错用双向晶闸管的第一阳极与c相的桥臂中点连接，第2个容错用功率开关器件的集电极与两个分压电容的直流电压中点连接，第2个容错用功率开关器件的发射极与第3个容错用功率开关器件的发射极连接，第4个容错用功率开关器件的发射极与第2个分压电容的负端连接，四个容错用功率开关器件各自的门极和三个容错用双向晶闸管各自的门极用于接入驱动信号；

步骤2：在具有容错功能的T型三电平逆变器中，将a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路中的共十二个功率开关器件分为半桥开关器件和中性点开关器件两大类，半桥开关器件包含有a相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件、b相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件、c相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件，中性点开关器件包含有a相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件、b相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件、c相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件；并设定该具有容错功能的T型三电平逆变器能正常工作或已加入单个半桥开关器件开路故障或单个中性点开关器件开路故障或a相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障或b相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障或c相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障；

步骤3：控制a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路中的共十二个功率开关器件按照a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路原先的控制策略进行开通和关断运行，而容错单元中的四个容错用功率开关器件和三个容错用双向晶闸管全部关断；然后采用T型三电平逆变器故障诊断方法，对具有容错功能的T型三电平逆变器进行故障诊断，诊断出是否发生开路故障，在发生开路故障时并识别出开路故障的类型；其中，开路故障的类型有单个半桥开关器件开路故障、单个中性点开关器件开路故障、a相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障、b相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障、c相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故；

步骤4：如果诊断出未发生任何开路故障，则保持a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路中的共十二个功率开关器件按照a相桥臂电路、b相桥臂电路、c相桥臂电路原先的控制策略进行开通和关断运行，而容错单元中的四个容错用功率开关器件和三个容错用双向晶闸管全部关断；

如果诊断出有发生开路故障且识别出为单个半桥开关器件开路故障，则当a相桥臂电路中的第1个功率开关器件或第4个功率开关器件发生开路故障时，控制a相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件同时关断、第1个容错用双向晶闸管开通、第1个容错用功率开关器件和第4个容错用功率开关器件开通，使原先施加到a相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到a相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极；当b相桥臂电路中的第1个功率开关器件或第4个功率开关器件发生开路故障时，控制b相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件同时关断、第2个容错用双向晶闸管开通、第1个容错用功率开关器件和第4个容错用功率开关器件开通，使原先施加到b相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到b相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极；当c相桥臂电路中的第1个功率开关器件或第4个功率开关器件发生开路故障时，控制c相桥臂电路中的第1个功率开关器件和第4个功率开关器件同时关断、第3个容错用双向晶闸管开通、第1个容错用功率开关器件和第4个容错用功率开关器件开通，使原先施加到c相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到c相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极；

如果诊断出有发生开路故障且识别出为单个中性点开关器件开路故障，则当a相桥臂电路中的第2个功率开关器件或第3个功率开关器件发生开路故障时，控制a相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件同时关断、第1个容错用双向晶闸管开通、第2个容错用功率开关器件和第3个容错用功率开关器件开通，使原先施加到a相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到a相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极；当b相桥臂电路中的第2个功率开关器件或第3个功率开关器件发生开路故障时，控制b相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件同时关断、第2个容错用双向晶闸管开通、第2个容错用功率开关器件和第3个容错用功率开关器件开通，使原先施加到b相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到b相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极；当c相桥臂电路中的第2个功率开关器件或第3个功率开关器件发生开路故障时，控制c相桥臂电路中的第2个功率开关器件和第3个功率开关器件同时关断、第3个容错用双向晶闸管开通、第2个容错用功率开关器件和第3个容错用功率开关器件开通，使原先施加到c相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到c相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极；

如果诊断出有发生开路故障且识别出为a相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障，则控制a相桥臂电路中的四个功率开关器件同时全部关断、第1个容错用双向晶闸管开通、四个容错用功率开关器件全部开通，使原先施加到a相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到a相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到a相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到a相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极；

如果诊断出有发生开路故障且识别出为b相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障，则控制b相桥臂电路中的四个功率开关器件同时全部关断、第2个容错用双向晶闸管开通、四个容错用功率开关器件全部开通，使原先施加到b相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到b相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到b相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到b相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极；

如果诊断出有发生开路故障且识别出为c相桥臂电路中的四个功率开关器件全部开路故障，则控制c相桥臂电路中的四个功率开关器件同时全部关断、第3个容错用双向晶闸管开通、四个容错用功率开关器件全部开通，使原先施加到c相桥臂电路中的第1个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第1个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到c相桥臂电路中的第2个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第2个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到c相桥臂电路中的第3个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第3个容错用功率开关器件的门极，使原先施加到c相桥臂电路中的第4个功率开关器件的门极的驱动信号转施加到第4个容错用功率开关器件的门极。