一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法

本发明涉及三相电机驱动控制，尤其涉及一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法。

背景技术：

1、随着电力电子技术的发展，电机驱动系统被广泛用于航空航天、轨道交通、船舶推进系统中，大范围的应用对电机驱动系统的可靠性提出了更高的要求，但驱动系统中组成逆变器的功率半导体器件在高温、高压、高频开关动作中极易失效，导致电机无法产生平滑转矩、甚至是引起短路电流冲击毁坏系统。

2、现有的容错方法更多的是采用多相系统，通过更多的相数冗余实现容错能力的提升，但该方案需要对电机进行改制，开发周期长、成本高，对于三相y接绕组的电机驱动器，当发生器件短路故障时会引起桥臂直通短路引发极大的短路电流烧毁电路，即使配备短路检测也存在电压箝位问题，当发生器件断路故障时则会由于缺乏足够的驱动自由度无法保证电机继续输出平滑的转矩，因此现有驱动拓扑方案不具备开关器件故障后的容错运行能力。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法。

2、一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，包括以下步骤：

3、步骤一：在三相并联拓扑中配置三组有源双向开关；

4、步骤二：采用退饱和检测方法，以便在开关器件故障工况后实现快速有效的电气隔离和拓扑重构。

5、进一步的，还包括三相电机，三相电机包括多个相位绕组，每个相位绕组都连接到两个并联的桥臂。

6、进一步的，所述桥臂的输出中点串入六个故障隔离单元。

7、进一步的，所述故障隔离单元由全控器件反串制成的双向开关。

8、进一步的，所述故障隔离单元具备主动控制能力的继电器、接触器。

9、进一步的，所述隔离单元分为两套，两套隔离单元间连入一组切换单元。

10、进一步的，电机系统在正常工作时，各故障隔离单元保持常通，切换单元保持断开；当检测到故障时，可以通过切换有源双向开关，实现对故障部分的电气隔离和系统拓扑的重构。

11、进一步的，所述故障工况包括单相断路、单相短路、相间短路，所述相间短路包括同相相间短路、不同相相间短路，不同故障工况的具体隔离方法为：

12、当发生单相断路故障时，通过断开故障桥臂中点串联的故障隔离单元实现断路桥臂的电气隔离；

13、当发生单相短路故障时，根据故障信息封锁故障器件所在桥臂的互补对管避免直通，并通过断开故障桥臂中点串联的故障隔离单元实现断路桥臂的电气隔离；

14、当发生不同相相间短路故障时，可视为第二类故障的叠加，根据故障信息封锁故障器件所在桥臂的互补对管避免直通，并通过断开故障桥臂中点串联的故障隔离单元实现断路桥臂的电气隔离；

15、当发生同相相间短路故障时，根据故障信息封锁故障器件所在桥臂的互补对管避免直通，并通过断开故障桥臂中点串联的故障隔离单元实现断路桥臂的电气隔离。

16、进一步，所述同相相间短路故障时，还需断开一个健康相的故障隔离单元，并闭合一个切换单元，使健康相桥臂重构至故障相中供电。

17、本发明的有益效果：

18、1.本发明，通过带有源开关的驱动拓扑及其容错方法，当发生短/断路故障后配合短路检测提供的故障信息可有效切除故障桥臂的电气连接，采用冗余桥臂保证电机各相电流的正常控制，当发生恶劣的相间短路故障(同相)后，也可凭借切换单元进行拓扑重构，保证故障相的供电能力，因此，具备开关器件意外故障下保证电机系统继续容错运行的能力，可以快速有效地处理开关器件的短路或断路故障，提高三相电机系统的故障容错能力，进一步提高电机系统的稳定。

19、2.本发明，在拓扑中引入新的控制自由度，使得故障前后电机控制时可利用的自由度不低于两个，但现有方案均采用保险丝作为故障发生后的电气隔离手段，在大电流应用中难以满足快速响应的要求，因而对最为恶劣的短路故障无法起到有效的保护效果。

技术特征：

1.一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，还包括三相电机，三相电机包括多个相位绕组，每个相位绕组都连接到两个并联的桥臂。

3.根据权利要求2所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述桥臂的输出中点串入六个故障隔离单元。

4.根据权利要求3所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述故障隔离单元由全控器件反串制成的双向开关。

5.根据权利要求3所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述故障隔离单元具备主动控制能力的继电器、接触器。

6.根据权利要求3所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述隔离单元分为两套，两套隔离单元间连入一组切换单元。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，电机系统在正常工作时，各故障隔离单元保持常通，切换单元保持断开；当检测到故障时，可以通过切换有源双向开关，实现对故障部分的电气隔离和系统拓扑的重构。

8.根据权利要求1所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述故障工况包括单相断路、单相短路、相间短路，所述相间短路包括同相相间短路、不同相相间短路。

9.根据权利要求8所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，不同故障工况的具体隔离方法为：

10.根据权利要求9所述的一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，其特征在于，所述同相相间短路故障时，还需断开一个健康相的故障隔离单元，并闭合一个切换单元，使健康相桥臂重构至故障相中供电。

技术总结
本发明涉及三相电机驱动控制技术领域，具体涉及一种带有源双向开关的三相并联拓扑开关器件故障容错方法，包括以下步骤：在三相并联拓扑中配置三组有源双向开关；采用退饱和检测方法，以便在开关器件故障工况后实现快速有效的电气隔离和拓扑重构，还包括三相电机，三相电机包括多个相位绕组，每个相位绕组都连接到两个并联的桥臂，所述桥臂的输出中点串入六个故障隔离单元。本发明，具备开关器件意外故障下保证电机系统继续容错运行的能力，可以快速有效地处理开关器件的短路或断路故障，提高三相电机系统的故障容错能力，进一步提高电机系统的可靠性。

技术研发人员：孙翔文,刘自程,何杰伟,蒋栋,刘泓阳,杨光
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15