三电平逆变器故障诊断与容错控制研究

发布时间：2017-07-16 01:20

  本文关键词：三电平逆变器故障诊断与容错控制研究

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【摘要】：近年来,多电平逆变器在航空、煤矿、电力等大功率领域得到日益广泛的应用,其中三电平逆变器以其损耗小、谐波含量低等优点受到国内外学者的青睐。然而,逆变器中的功率器件是最易发生故障的薄弱环节,一旦功率器件发生故障,轻则带来经济损失重则威胁系统安全。本文以中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)三电平逆变器为对象,研究其功率器件的故障诊断与容错控制,从而实现功率器件故障后系统可以持续工作,提高系统的可靠性。首先,以三电平逆变器工作原理为基础,分析位于不同位置的功率器件发生短路或开路故障后,逆变器拓扑结构中电流流通路径的不同。分析得到,通过提取每一时刻箝位二极管电流、桥臂开关状态和负载电流,不仅可以准确定位故障功率器件,而且可以诊断出故障器件的故障类型,进而得到基于电流流通路径的三电平逆变器故障诊断逻辑。通过Matlab仿真验证了该故障诊断方法的有效性,可以实现任一开关器件发生短路或开路故障后,故障被快速诊断。为了有效地进行容错控制,分析不同位置的功率器件发生短路或开路故障后,三电平逆变器电压空间矢量的变化。根据故障后电压空间矢量的分布特点,将功率器件的故障分为I型、II型和III型故障。指出I型和II型故障发生后,逆变器仅利用自身冗余矢量,即可完成容错控制。而III型故障发生后,必须通过拓扑重构才可以实现容错运行。针对I型和II型故障,采用基于电压空间矢量冗余的容错控制方法。具体给出其扇区划分方法、矢量合成顺序,进而得到其空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法。通过Matlab仿真,验证了该容错控制方法的有效性,可以实现在I型和II型故障发生后,逆变器容错运行。针对III型故障,提出基于拓扑重构的容错控制方法。先以两电平拓扑重构型容错逆变器为例,即三相四开关逆变器,介绍拓扑重构的基本思想。进而得到三电平容错逆变器拓扑结构,实现故障发生后,三电平逆变器拓扑结构重构为三相八开关逆变器。分析三相八开关逆变器的空间矢量,得到其空间矢量合成方法。通过Matlab仿真验证,表明基于拓扑重构的容错控制方法可以有效实现III型故障发生后,逆变器持续工作,且可靠性高、成本低。至此,实现任一功率器件发生短路或开路故障后,均可保证逆变器持续工作。
【关键词】：三电平逆变器 故障诊断 容错控制 冗余 拓扑重构
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-32
• 1.1 课题研究背景及意义17-18
• 1.2 逆变器故障诊断技术研究现状18-24
• 1.3 容错控制技术研究现状24-30
• 1.4 本文主要研究内容30-32
• 2 基于电流流通路径的三电平逆变器故障诊断方法32-48
• 2.1 引言32
• 2.2 三电平逆变器故障特征分析32-39
• 2.3 故障诊断逻辑39-40
• 2.4 仿真分析40-47
• 2.5 本章小结47-48
• 3 基于电压空间矢量冗余的容错控制方法48-63
• 3.1 引言48
• 3.2 三电平逆变器故障前后电压空间矢量分析48-53
• 3.3 基于矢量冗余的三电平逆变器容错控制方法53-58
• 3.4 仿真分析58-62
• 3.5 本章小结62-63
• 4 基于拓扑重构的容错控制方法63-81
• 4.1 引言63
• 4.2 拓扑重构容错控制原理63-70
• 4.3 三电平逆变器拓扑重构容错控制策略70-78
• 4.4 仿真分析78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 5 结论与展望81-83
• 参考文献83-90
• 作者简历90-92
• 学位论文数据集92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李宁;李颖晖;朱喜华;雷洪利;俞佳;;新型容错逆变器的混杂系统建模与故障诊断[J];电机与控制学报;2012年09期

2 于泳;蒋生成;杨荣峰;王高林;徐殿国;;变频器IGBT开路故障诊断方法[J];中国电机工程学报;2011年09期

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本文编号：546577