[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

说明书

本发明公开了一种具有容错功能的T型三电平逆变器及其容错控制方法，其增设四个容错用功率开关器件和三个容错用双向晶闸管；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；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，如果诊断出有发生开路故障，根据开路故障的类型，控制关断发生开路故障的功率开关器件和开通对应的容错用功率开关器件和容错用双向晶闸管，重构电路拓扑；优点是其成本低，且在开路故障的情况下仍然能正常工作，提高了T型三电平逆变器的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其是涉及一种具有容错功能的T型三电平逆变器及其容错控制方法。

背景技术

T型三电平逆变器也称为T型中点钳位三电平逆变器(T-type neutral-point-clamped inverter，TNPC)，其已广泛应用于许多工业场合，例如可再生能源系统、并网系统、牵引逆变器、感应电机控制系统等，其主电路的拓扑结构如图1所示，其包括a相的第1个功率开关器件S_a1、a相的第2个功率开关器件S_a2、a相的第3个功率开关器件S_a3、a相的第4个功率开关器件S_a4、b相的第1个功率开关器件S_b1、b相的第2个功率开关器件S_b2、b相的第3个功率开关器件S_b3、b相的第4个功率开关器件S_b4、c相的第1个功率开关器件S_c1、c相的第2个功率开关器件S_c2、c相的第3个功率开关器件S_c3、c相的第4个功率开关器件S_c4，上述12个功率开关器件均为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。T型三电平逆变器由二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped，NPC)逆变器变换而来，相比于NPC逆变器具有更低的导通损耗和更高的效率等优点，相比于传统的两电平逆变器具有输出电压总谐波失真度低、功率密度高、功率开关器件电压应力低等优点。但是，与其他多电平逆变器一样，功率开关器件数量的增加，系统复杂性的提高，导致T型三电平逆变器在运行过程中因过载、温升、不规范操作等原因而出现各种故障的概率有所提高，其中功率开关器件的故障是最常见的一种，由于这些功率开关器件中只要其中一个出现故障，那么整个T型三电平逆变器就会失效甚至引起严重的后果，因此，故障诊断和容错控制对于确保T型三电平逆变器的可靠性变得更加重要。

目前，国内外针对T型三电平逆变器的容错控制问题已开展了一些研究。例如：Choi U、Blaabjerg F、Lee K等人在IEEE Transactions on Power Electronics(IEEE电力电子汇刊)中提出的Reliability improvement of a T-type three-level inverterwith fault-tolerant control strategy(采用容错控制策略的T型三电平逆变器可靠性改进)(2015，30(5)，2660-2673)，其将T型三电平逆变器的故障类型分为半桥开关故障和中性点开关故障两种情况，提出了一种基于更换开关状态或改变开关状态持续时间的容错控制策略。这种容错控制方法的优点是不需要改变原来T型三电平逆变器的主电路的拓扑结构，只需要改变控制策略就可以让T型三电平逆变器在功率开关器件故障状态下继续工作。但是，这种容错控制方法的缺点也非常明显，T型三电平逆变器的主电路无法维持非故障情况下的最大功率输出，只能降低额定功率进行工作。