【摘要】：近年來(lái),隨著工業(yè)的發(fā)展,發(fā)電并網(wǎng)、艦艇驅(qū)動(dòng)、廠礦拖動(dòng)等領(lǐng)域?qū)Υ蠊β首兞髌鞯男枨笤絹?lái)越多,二極管中點(diǎn)箝位(Neutral Point Clamped,NPC)型三電平變流器得到了廣泛的應(yīng)用。三電平變流技術(shù)較傳統(tǒng)的兩電平變流技術(shù),在采用相同耐壓等級(jí)器件的情況下,可獲得更大的系統(tǒng)容量和更低的諧波含量,需要采用更多的開(kāi)關(guān)器件、更復(fù)雜的控制算法,也更易發(fā)生不同類(lèi)型的故障。本文針對(duì)傳統(tǒng)NPC型三電平變流器提出了一種基于電流路徑的故障診斷方法,并提出了一種容錯(cuò)電路結(jié)構(gòu)和一種容錯(cuò)運(yùn)行控制方法,對(duì)未來(lái)NPC型三電平變流器的設(shè)計(jì)與控制具有一定的意義。根據(jù)NPC型三電平電路的工作原理,深入分析了其工作于不同狀態(tài)下的電流路徑,提出了一種基于電流路徑的故障診斷方法。通過(guò)采集橋臂的指定位置的電流信號(hào)分析橋臂中的電流路徑,再結(jié)合橋臂所處的工作狀態(tài),綜合判斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管開(kāi)路故障的準(zhǔn)確定位。針對(duì)這一方法在部分場(chǎng)合下不能判斷的情況,通過(guò)電流過(guò)零時(shí)間和無(wú)功注入的方法對(duì)該診斷方法進(jìn)行修正,并通過(guò)Matlab Simulink仿真驗(yàn)證了該診斷方法的可靠性。分析了T型三電平電路的結(jié)構(gòu)與工作原理,結(jié)合該電路的特點(diǎn),提出了一種帶有T型冗余第四橋臂的NPC型三電平電路。利用冗余第四橋臂,實(shí)現(xiàn)了無(wú)故障時(shí)穩(wěn)壓、出現(xiàn)故障時(shí)替代故障半橋臂維持變流器持續(xù)運(yùn)行的功能,并使用Matlab Simulink驗(yàn)證了該容錯(cuò)電路結(jié)構(gòu)的可行性。研究了三電平空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的工作原理以及不同開(kāi)關(guān)管故障對(duì)變流器空間矢量的影響。提出通過(guò)拓?fù)渲剡B,利用調(diào)制中的冗余矢量實(shí)現(xiàn)不同故障下變流器容錯(cuò)運(yùn)行的方法,并針對(duì)減少開(kāi)關(guān)管損耗的目標(biāo),對(duì)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)序進(jìn)行了優(yōu)化。最后,綜合上述故障診斷、容錯(cuò)電路結(jié)構(gòu)和容錯(cuò)運(yùn)行控制算法在Matlab Simulink對(duì)帶有T型第四橋臂的NPC型三電平變流器模型連續(xù)發(fā)生開(kāi)關(guān)管開(kāi)路故障進(jìn)行仿真,實(shí)現(xiàn)了初次故障系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行,再次故障系統(tǒng)降額運(yùn)行的控制效果,驗(yàn)證了故障診斷與容錯(cuò)運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

1.2.1 國(guó)外研究狀況針對(duì) NPC 型三電平變流器中開(kāi)關(guān)管故障所進(jìn)行的故障診斷研究主要起始于 2004 年前后，韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué) Dong-SeokHyun 教授課題組是較早關(guān)注 NPC 三電平變流器中故障診斷領(lǐng)域的研究組[12]。2004 年，該組學(xué)者 Ho-In Son 分析了 NPC 三電平逆變電路在連接三相負(fù)載的情況下，不同位置的開(kāi)關(guān)管發(fā)生故障后的電壓、電流波形，指出可以根據(jù)逆變器輸出的電壓范圍或經(jīng)派克變換后的電流軌跡確定故障的具體位置[12]，如圖 1-4 所示。然而，該文只是指出了故障發(fā)生后的電壓電流的變化現(xiàn)象，并未針對(duì)這一現(xiàn)象給出明確的判斷方法。2007 年，同課題組學(xué)者 Jung-DaeLee 提出，當(dāng)逆變器的輸出電壓不是±Udc/2 時(shí)即報(bào)錯(cuò)，但仍不能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障開(kāi)關(guān)器件的準(zhǔn)確定位[13]。2009 年，該組博士 Tae-Jin Kim 在上述研究的基礎(chǔ)上，在文獻(xiàn)[14]中提出電壓范圍法，給出了更詳細(xì)的故障診斷方法。文中將開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障分為外部器件開(kāi)路和內(nèi)部器件開(kāi)路兩種，外部器件開(kāi)路會(huì)導(dǎo)致輸出電壓持續(xù)為 0，內(nèi)部器件開(kāi)路會(huì)導(dǎo)致特定工作狀態(tài)下輸出電壓為±Udc/4 的電平。通過(guò)采集逆變器三相輸出電壓，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障開(kāi)關(guān)器件的定位。這一方法具有一定的可操作性，診斷速度小于兩個(gè)采樣周期，但仍有幾點(diǎn)不足：一是此診斷方法只能應(yīng)用于三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載的情況下，，使用范圍有限；二是僅能對(duì)單管故障進(jìn)行診斷，對(duì)更復(fù)雜的開(kāi)關(guān)器件故障無(wú)能為力。

第 1 章 緒論行故障診斷[20]。該課題組多年來(lái)一直致力于多電平變流器的研究，該組博士 L. M. ACaseiro 針對(duì) NPC 三電平整流器中 IGBT 開(kāi)路故障的診斷方法又發(fā)表了多篇文章[21]。他在文獻(xiàn)[16]的基礎(chǔ)上，在文獻(xiàn)[21]中提出了利用電壓殘差實(shí)現(xiàn)了故障開(kāi)關(guān)器件的準(zhǔn)確定位。將 NPC 三電平整流器接入理想電壓源，根據(jù)其工作狀態(tài)，算出整流器的理想相電壓，再測(cè)得的線電壓和線電流算出實(shí)際的相電壓，將兩者進(jìn)行比較，當(dāng)殘差超過(guò)閾值時(shí)觸發(fā)故障診斷效果。然而，該方法仍然存在著只能檢測(cè)單個(gè)器件、只能用于并網(wǎng)環(huán)境的不足。他在文獻(xiàn)[23]中對(duì)這一方法進(jìn)行了拓展，通過(guò)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分解處理，引入了更多判斷閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障位置進(jìn)行更為精確的定位。該方法可應(yīng)用于整流、逆變等不同場(chǎng)合，但也更為復(fù)雜也更依賴(lài)于閾值的設(shè)定，且仍需要直流側(cè)的阻抗數(shù)據(jù)作為計(jì)算參考。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM46

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本文編號(hào)：2595167