npc三电平逆变器容错拓扑及其控制研究

2015年02月14日15:09:07 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

摘要：研究了二极管中点钳位（Neutral point clamped，NPC）三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题，以保证NPC逆变器在发生器件故障时，仍然能够继续工作。在基本的NPC逆变器中增加一个不对称桥臂，并将其中点用双向可控开关连接到每相负载。为消除输出相电压的低次谐波含量，该桥臂采用SPWM控制方法代替传统的方波控制方法。当检测到NPC逆变器某相器件出现故障时，控制双向可控开关将故障相的负载连接到新加入的不对称桥臂中点。与以前文献提出的容错拓扑相比，在获得相同效果的情况下，提出的拓扑具有使用器件及其驱动电路数量少、电路成本低等优势。仿真和实验结果表明，所提出的NPC逆变器容错拓扑能够在容错控制后保持三相平衡工作，同时不降低原电路的输出功率，电路的可靠性得到很大提高。

关　键　词：二极管中点钳位；三电平；逆变器；容错；不对称桥臂

中图分类号：ＴＭ４６４　　　　　文献标志码：Ａ

１引言

多电平技术从20世纪80年代初期发展至今，出现了大量的拓扑结构，主要包括二极管中点钳位、H桥多电平（Hbridgemultilevel）以及飞跨电容（Flying Capacotior）等几种类型［1-3］。相对于传统的两电平逆变器，多电平逆变器具有输出电平数增加、更好的谐波频谱、器件所承受的电压应力小等优势，但是由于多电平电路使用了数量较多的开关器件，导致电路的可靠性相应降低，任何一个器件故障都有可能导致整个电路停止工作，甚至会影响到其他电路的安全，造成不可估量的经济损失［4］。

在某些重要的应用场合，对电路的可靠性要求比较高，甚至要求在出现故障后，仍然希望电路能够继续工作［5］。因此，近年来许多学者致力于多电平逆变器的容错技术研究，其中以NPC逆变器的容错技术研究较为热门［6-14］。目前公开发表的主要容错方法可以分为“三桥臂”和“四桥臂”两种。

文献［6-11］采取的是“三桥臂” 容错方法，即在不增加基本NPC逆变器主电路桥臂的基础上进行容错控制，有的利用冗余的电压矢量进行控制［6-7］，或者当某相桥臂出现故障时，把故障相的负载直接连接到直流电压中心点［8-11］，但是这种方法普遍存在容错后电路需要降额运行的缺点。“四桥臂”的方法是在基本NPC逆变器的基础上，额外增加一个相同结构的桥臂，当电路的某相桥臂出现故障时，用来替换故障相［12-14］。由于采用结构相同的桥臂，因此电路的开关数量和成本都将明显增加。

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