用于级联多级逆变器的故障旁路的控制的制作方法
【专利说明】用于级联多级逆变器的故障旁路的控制
[0001] 背景
[0002] 本实施例设及级联多级逆变器。具体地，实施例设及该样的逆变器的故障旁路操 作。
[0003] 级联多级逆变器用于工业控制系统中。例如，级联多级逆变器被用于控制中压电 机驱动器（例如，4.lkV-13. 8kV电机驱动器）和/或静电压补偿器。
[0004] 级联多电平变的器是模块化的。高功率逆变器由大量更小的串联连接的单相逆变 器或单元构成。任何数量（例如，3-8)的单元可W被用于=相系统的给定桥臂。当该些单 元中的一个或多个出故障时，逆变器仍然能够进行操作并通过计算不同的电压基准生成平 衡的线间电压。虽然故障旁路最大线间电压小于正常状况中的线间电压，但是W降低的功 率等级继续操作可能优于完全关闭。
[0005] 为了提供平衡，每个桥臂可相同数量的单元操作。在一个桥臂中多个单元出 故障的情况下，其他桥臂可W旁路对应数量的单元。然而，该方法不对电机提供最大可用的 电压，因为并不使用所有的可用单元。在另一方法中，使用反馈机制来产生电压基准。然而， 该方法的精确性受反馈增益影响，为了良好的结果，反馈增益必须相当高。该方法在级联多 级逆变器的输出频率高时更有挑战性，因为增益不能增加超过一定限制。
【发明内容】
[0006] 作为介绍，在下面所述的优选实施例包括用于级联多级逆变器的故障旁路中的控 制的方法、系统、指令、计算机可读取的介质W及数字电子电路。基于操作的或活动的单元 的数量来产生基准电压作为解析解（anal^icsolution)。
[0007] 在第一方面中，提供一种用于级联多级逆变器的故障旁路中的控制的系统。第一 多个第一逆变器单元桥臂串联连接用于第一相。第二多个第二逆变器单元桥臂串联连接用 于第二相。第=多个第=逆变器单元桥臂串联连接用于第=相。故障旁路导致与在第二多 个中的第二逆变器单元的数量相比不同数量的第一多个中的逆变器单元是活动的。处理器 被配置为针对第一、第二和第=逆变器单元桥臂中的活动的单元无反馈地产生基准电压。 用基准电压中的第一共同基准电压来操作所有的活动的第一逆变器单元，用基准电压中的 第二共同基准电压来操作所有的活动的第二逆变器单元，并且用基准电压中的第=共同基 准电压来操作所有的活动的第=逆变器单元。
[000引在第二方面中，提供一种用于级联多级逆变器的故障旁路中的控制的方法。在故 障旁路中操作级联多级逆变器。第一桥臂被标识为在操作期间比多级逆变器的第二桥臂具 有更少的多级逆变器的操作单元。根据第一桥臂的操作单元的数量来控制第二桥臂的单元 的操作。
[0009] 在第=方面中，提供一种用于级联多级逆变器的故障旁路中的控制的系统。提供 级联多级逆变器的第一、第二和第=桥臂。至少第=桥臂比第二桥臂的数量和第一桥臂的 数量具有更少的数量的操作单元。处理器被配置为分别根据第一、第二和第=基准电压控 制第一、第二和第=桥臂的单元的脉冲宽度调制。第一、第二和第=基准电压每个都包括关 于第一、第二和第=桥臂中的平衡数量的单元的项，并且第二和第=基准电压包括没有第 一桥臂的数量和第二桥臂的数量或第=桥臂的之数量之间差的、关于第一桥臂的数量与第 二桥臂的数量之间的差的项。
[0010] 本发明由随后的权利要求书定义，并且在本节中的内容均不应被当作对那些权利 要求的限制。本发明的另外的方面和优点将在下面结合优选实施例来论述，并且稍后可W 独立地或结合地被要求保护。
【附图说明】
[0011] 组件和附图不一定按比例，而是将重点放在例示本发明的原理。而且，在附图中， 相同的参考标号指定在不同的视图的各个地方的对应的部分。
[0012] 图1是用于级联多级逆变器的故障旁路中的控制的系统的一个实施例框图；
[0013] 图2是级联多级逆变器的单元的一个实施例的电路图；
[0014] 图3A-C是在不同的相中有不同的被旁路的单元的情况下的平衡的线间电压的图 形表示；
[0015] 图4是用于级联多级逆变器的故障旁路中的控制的方法的一个实施例的流程图；
[0016] 图5是在一相中有一个单元被旁路的情况下的相基准的示例性模拟；
[0017] 图6是在一相中有一个单元被旁路的情况下的相电流的示例性模拟；
[001引图7是在相C中有一个单元被旁路的情况下的相A和B之间的线间电压的示例性 模拟；
[0019] 图8是在相C中有一个单元被旁路的情况下的相B和C之间的线间电压的示例性 模拟；
[0020] 图9是在一相中有两个单元被旁路的情况下的相基准的示例性模拟；
[0021] 图10是在一相中有两个单元被旁路的情况下的相电流的示例性模拟；
[0022] 图11是在相C中有两个单元被旁路的情况下的相A和B之间的线间电压的示例 性模拟；
[0023] 图12是在相C中有两个单元被旁路的情况下的相B和C之间的线间电压的示例 性模拟；
[0024] 图13是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 相基准的示例性模拟；
[0025] 图14是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 相电流的示例性模拟；
[0026] 图15是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 相A和B之间的线间电压的示例性模拟；
[0027] 图16是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 相B和C之间的线间电压的示例性模拟；
[002引图17是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 一个示例的相A和B之间的线间电压的谱；
[0029] 图18是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 一个示例的相B和C之间的线间电压的谱；
[0030] 图19是在相C中有两个单元被旁路并且在相B中有一个单元被旁路的情况下的 经过相A的一个单元的模拟的直流链路电流；
[0031] 图20是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的相基准的示例性模拟；
[0032] 图21是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的相电流的示例性模拟；
[0033] 图22是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的相A和B之间的线间电压的示例性模拟；
[0034] 图23是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的相B和C之间的线间电压的示例性模拟；
[0035] 图24是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的一个示例的相A和B之间的线间电压的谱；
[0036] 图25是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的一个示例的相B和C之间的线间电压的谱；W及
[0037] 图26是在相C中有两个单元被旁路并且在相A和B的每一个中有一个单元被旁 路的情况下的经过相A的一个单元的模拟的直流链路电流。
【具体实施方式】
[003引解析地产生故障旁路中的级联多电平驱动的电压基准。与其他方法相比，该方法 对于相电压基准从数学公式确定精确的值，W便获得最大可能的输出线间电压。该方法不 依赖于任何近似或反馈循环。
[0039] 级联多级逆变器是=相设备。在旁路操作下对=相系统建模，其中一个或多个相 桥臂中的一个或多个单元是不可操作的，但是每个桥臂仍然包括可操作的单元。
[0040] S相系统具有被标记为A、B和C(亦即ABC定向）的桥臂。在等式（1)-(3)中给 出每个桥臂的电压输出：
[0041]Va二V?cos(W?t) (1) f 2.眾1
[0042] = F?COSmt---- 巧) \ 3 / / .2.黨\
[0043] y, = y-C0S - ^ ^ ^ m
[0044] 当所有的单元是活动的或者参与S相系统的发电时，用于控制每个单元的基准电 压被写作等式（4)-化）；
[0045] " = m~-cos(m-t)+CMO 疆 V3 (4) . 2 ( 2.黨\
[0046]^re/ W^騰..cos仍'f~~ +CM0 - ViV盏） (5) 2 ( ^
[0047] co-t+ ^-+CMO ?v3V>/ ㈱
[0048] 其中m是脉冲宽度调制的调制指数，并且可W具有从0到1的任何值，《是频率， t是时间，CMO是共模偏移。项;导致最大调制指数的15%的增加，由于引入如等式（7)所 给出的共模偏移：
[0049] C騰=版C心di，K',/'-/.!1，心c'l+ 阔心 1>1 馬 ^,1) 2 in
[0050] 当由于故障而对一定数量的单元旁路时，驱动器不能在每个相中递送相等的电 压。为了维持相等的线间电压并由此获得平衡的相电流，根据正常值调整一个或多个相电 压的幅度和相移。为此，相应地对每个桥臂调整基准电压。
[0051] 假设在旁路操作期间在每个相上的活动单元的数量分别是Ng、Nb和N。，在故障旁 路操作期间由驱动器所产生的每单位相电压W-般的形式被写作：
[005引Va= Ma?cos(? ?t)+CMO(8)
[0053] ? cos |fii ? f - fij 1+ CV\ /O (i)
[0054] = Me. COS 杉.f CMO(10)
[0055] Ma=Na*mi (11)
[0056] Mb=Nb.mi (。）
[0化7] Mc=Nc*mi (13)
[0化引在等式巧)-(10)中，共模偏移（CMO)不再被假设为如在等式（7)中所给出的那 样，同时mi是在旁路操作下的最大调制指数。
[0化9] 线间电压的幅度被写作：
[0060] I = -2. . COS鱗+ + J14調
[0061] Kc\ = ^M^ -2 M^ M^' ms f2+ ^c客A#緣+ M('镶简
[0062] Kh.'I = ^馬? - 2. M,. M(.. COS(巧-梦:)+ M':含Mb + Mf.。勢
[006引根据等（14)和（16)，可W确定两个未知数擊1郝爭2W便维持所有S个线间电压 相等：
[0064] "、 M完_ =2- M口. - COS巧-2- M爲.iV/(.. COS梦，（17)
[00 化] AfS- 2 -Af口 -jV/ -cos巧，=Af直-2 -A'/ 6 -M￡..cos[巧-伊2) (18)
[0066] 根据等式（17)和（18)，理论上，可W确定两个角位移，但是不可能获得解析形式。 另外，该方法无法确定在等式巧)-(1〇)中的所需的共模偏移的表达式W便获得最大线间 电压。因此，电机将操作