一種提高三相四開關容錯逆變器直流電壓利用率的方法及系統與流程

本發明屬于電機控制
技術領域：
，具體的說是涉及一種提高四開關容錯逆變器直流電壓利用率的方法及系統。
背景技術：
：電壓源逆變器已在金屬軋制、礦井提升、船舶推進、機車牽引和軍事等領域得到廣泛應用，是交直流變換的主要設備。然而，在系統運行過程中難免出現一些故障，如電力電子開關器件開路、短路等故障，如果沒有預先設置的保護措施或容錯策略，故障的發生將會導致系統喪失正常的運行能力，輕則影響工業生產，重則造成災難性事件危及人身安全。因此，為獲得更高可靠性，要求在逆變器出現故障時系統仍然能夠持續運行，即系統要具有故障容錯運行能力。三相六開關逆變器開關管發生故障后，對其主電路拓撲進行重構，得到四開關容錯拓撲電路。四開關容錯逆變器的最大直流電壓利用率只有六開關的一半，造成帶載能力大大降低。為了維護系統的穩定性以及盡量恢復到系統故障前的性能，我們可采用過調制算法來提高四開關容錯逆變器的直流電壓利用率，進而增大輸出轉矩。另一方面，由于四開關容錯逆變器直流側電源電壓波動、電容參數的不對稱以及負載電流對電容產生不同充放電過程等因素的影響，實際系統中還存在著直流側母線電容電壓不平衡的問題，如果不加處理，將給容錯逆變器的運行產生不利影響，因此直流母線電壓不平衡問題必須加以考慮。根據文獻檢索，已出現將傳統六開關逆變器過調制算法等效運用到四開關容錯逆變器，用來提高直流電壓利用率的方法。該方法將整個過調制區域分為三部分，在過調制I區和過調制II區采用計算控制角來控制實際輸出電壓矢量的補償，在過調制III區采用計算保持角來控制實際輸出電壓矢量的補償。該方法一定程度上提高了四開關逆變器的輸出電壓，進而提高了輸出轉矩，但是其控制角和保持角的計算要么通過在線進行復雜的數學運算，要么離線計算加以存儲，限制了算法精度且不利于工程實現，同時該方法沒有考慮直流側母線電容電壓的不平衡問題，因此對于容錯四開關逆變器直流側存在電容電壓波動的場合并不適用。技術實現要素：鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種提高四開關容錯逆變器直流電壓利用率的方法，其通過簡單的在線調制，即可實現三相六開關逆變器在開關管發生故障后能夠持續運行的同時，進一步提高直流電壓利用率，增大電磁轉矩、降低輸出諧波等效果。為了實現上述目的，本發明的技術方案：一種提高四開關容錯逆變器直流電壓利用率的方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、計算并判斷四開關容錯逆變器的直流側電容電壓不平衡系數ε是否為0，是則執行S3，否則執行S2；S2、修正四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量并分別計算被修正后的四個有效電壓矢量各自所對應的電壓矢量的幅值后執行S3；S3、計算四開關容錯逆變器的參考電壓矢量幅值；S4、基于S3中所計算的參考電壓矢量幅值，計算用于對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分的調制比參數M，所述調制比參數M計算公式如下：M=π|Ur|Udc---(1)]]>其中，|Ur|為參考電壓矢量幅值，Udc為直流母線電壓；S5、基于所計算的調制比參數M的大小，對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分，即將其劃分為線性調制區、過調制I區、過調制II區和過調制III區；所述線性調制區的范圍為0＜M≤M1，過調制I區的范圍為M1＜M≤M2、過調制II區的范圍為M2＜M≤M3、過調制III區的范圍為M3＜M≤Mmax，其中M1=0.9069;M2=0.9517;M3=0.9613;Mmax=1.2216;---(2);]]>S6、對所劃分的過調制I區、過調制II區和過調制III區分別設定各區所對應的過調制算法，并基于各過調制算法合成四開關容錯逆變器的實際輸出電壓矢量或稱為補償電壓矢量；S7、基于伏秒平衡原則計算所合成的補償電壓矢量對應的兩個有效電壓矢量和等效零矢量的作用時間T1、T2、T0，進而完成對應的PWM調制。進一步，作為本發明的優選方案，所述直流側電容電壓不平衡系數的計算公式為ϵ=12-V1Udc---(3)]]>式(3)中，V1是直流側電容C1兩端電壓，Udc為直流母線電壓，ε＝0即直流側電容電壓處于平衡。進一步，作為本發明的優選方案，對四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量U1,U2,U3,U4進行修正，得到電壓矢量U′1,U′2,U′3,U′4的過程為：令U1′=aU1;U2′=bU1+cU2+dU3;U3′=eU3;U4′=fU1+gU4+hU3;---(4)]]>當V1≤V2時，a=V1+V22V2;b=0;c=1;d=V2-V12V1;e=V1+V22V1;f=0;g=1;h=V2-V12V1;---(5)]]>當V1＞V2時，a=V1+V22V2;b=V1-V22V2;c=1;d=0;e=V1+V22V1;f=V1-V22V2;g=1;h=0;---(6)]]>上式中V2是直流側電容C2兩端電壓。進一步，作為本發明的優選方案，所述過調制I區對應的過調制算法為：首先定義過調制I區對應的過調制系數k1=M-M1M2-M1---(7)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,0≤θ<π/3Ur,π/3≤θ<π/2---(8)]]>其中，Urins=Udc23ejθ---(9)]]>Urq=Udc23cos(θ-π/6)ejθ---(10);]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,π/2≤θ<2π/3k1Urq+(1-k1)Urins,2π/3≤θ<π---(11);]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,π≤θ<4π/3Ur,4π/3≤θ<3π/2---(12);]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,3π/2≤θ<5π/3k1Urq+(1-k1)Urins,5π/3≤θ<2π---(13);]]>所述過調制II區對應的過調制算法為：首先定義過調制II區對應的過調制系數k2=M-M2M3-M2---(14)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,0≤θ<π/3k2Urq+(1-k2)Urm,π/3≤θ<π/2---(15)]]>其中，Urm=M2Udcπejθ---(16)]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,π/2≤θ<2π/3Urq,2π/3≤θ<π---(17)]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π≤θ<4π/3k2Urq+(1-k2)Urm,4π/3≤θ<3π/2---(18)]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,3π/2≤θ<5π/3Urq,5π/3≤θ<2π---(19);]]>所述過調制III區對應的過調制算法為：首先定義過調制III區對應的過調制系數k3=M-M3Mmax-M3---(20)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,0≤θ<π/3Urq,π/3≤θ<π/2---(21)]]>其中，Urf=Udc3ej0---(22)]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π/2≤θ<2π/3k3Urf+(1-k3)Urq,2π/3≤θ<π---(23)]]>其中，Urf=Udc3ejπ---(24)]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,π≤θ<4π/3Urq,4π/3≤θ<3π/2---(25)]]>其中，Urf=Udc3ejπ---(26)]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,3π/2≤θ<5π/3k3Urf+(1-k3)Urq,5π/3≤θ<2π---(27)]]>其中，Urf=Udc3ej0---(28).]]>本發明還要提供一種提高四開關容錯逆變器直流電壓利用率的系統，其特征在于，包括：不平衡系數計算模塊，該不平衡系數計算模塊能夠計算并判斷四開關容錯逆變器的直流側電容電壓不平衡系數ε是否為0；有效電壓矢量修正模塊，該有效電壓矢量修正模塊能夠在直流側電容電壓不平衡系數ε不為0的條件下，修正四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量并分別計算被修正后的四個有效電壓矢量各自所對應的電壓矢量的幅值；參考電壓矢量幅值計算模塊，該參考電壓矢量幅值計算模塊能夠計算四開關容錯逆變器所對應的參考電壓矢量幅值；調制比參數計算模塊，該調制比參數能夠基于參考電壓矢量計算模塊所計算的參考電壓矢量幅值，計算用于對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分的調制比參數M，所述調制比參數M計算公式如下：M=π|Ur|Udc---(1)]]>其中，|Ur|為參考電壓矢量幅值，Udc為直流母線電壓；調制區域劃分模塊，該調制區域劃分模塊能夠基于所計算的調制比參數M的大小，對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分，即將其劃分為線性調制區、過調制I區、過調制II區和過調制III區；所述線性調制區的范圍為0＜M≤M1，過調制I區的范圍為M1＜M≤M2、過調制II區的范圍為M2＜M≤M3、過調制III區的范圍為M3＜M≤Mmax，其中M1=0.9069;M2=0.9517;M3=0.9613;Mmax=1.2216;---(2).]]>過調制算法配置模塊，該過調制算法配置模塊能夠對所劃分的過調制I區、過調制II區和過調制III區分別設定各區所對應的過調制算法，并基于各過調制算法合成四開關容錯逆變器的實際輸出電壓矢量或稱為補償電壓矢量；以及輸出模塊，該輸出模塊能夠基于伏秒平衡原則計算所合成的補償電壓矢量對應的兩個有效電壓矢量和等效零矢量的作用時間T1、T2、T0，進而完成對應的PWM調制。進一步，作為本發明的優選方案，所述直流側電容電壓不平衡系數ε的計算公式為ϵ=12-V1Udc---(3)]]>式(1)中，V1是直流側電容C1兩端電壓，Udc為直流母線電壓，ε＝0即直流側電容電壓處于平衡。進一步，作為本發明的優選方案，對四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量U1,U2,U3,U4進行修正得到電壓矢量U′1,U′2,U′3,U′4的過程為：令U1′=aU1;U2′=bU1+cU2+dU3;U3′=eU3;U4′=fU1+gU4+hU3;---(4)]]>當V1≤V2時，a=V1+V22V2;b=0;c=1;d=V2-V12V1;e=V1+V22V1;f=0;g=1;h=V2-V12V1;---(5)]]>當V1＞V2時，a=V1+V22V2;b=V1-V22V2;c=1;d=0;e=V1+V22V1;f=V1-V22V2;g=1;h=0;---(6)]]>上式中V2是直流側電容C2兩端電壓。進一步，作為本發明的優選方案，所述過調制I區對應的過調制算法為：首先定義過調制I區對應的過調制系數k1=M-M1M2-M1---(7)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,0≤θ<π/3Ur,π/3≤θ<π/2---(8)]]>其中，Urins=Udc23ejθ---(9)]]>Urq=Udc23cos(θ-π/6)ejθ---(10);]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,π/2≤θ<2π/3k1Urq+(1-k1)Urins,2π/3≤θ<π---(11);]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,π≤θ<4π/3Ur,4π/3≤θ<3π/2---(12);]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,3π/2≤θ<5π/3k1Urq+(1-k1)Urins,5π/3≤θ<2π---(13);]]>所述過調制II區對應的過調制算法為：首先定義過調制II區對應的過調制系數k2=M-M2M3-M2---(14)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,0≤θ<π/3k2Urq+(1-k2)Urm,π/3≤θ<π/2---(15)]]>其中，Urm=M2Udcπejθ---(16)]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,π/2≤θ<2π/3Urq,2π/3≤θ<π---(17)]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π≤θ<4π/3k2Urq+(1-k2)Urm,4π/3≤θ<3π/2---(18)]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,3π/2≤θ<5π/3Urq,5π/3≤θ<2π---(19);]]>所述過調制III區對應的過調制算法為：首先定義過調制III區對應的過調制系數k3=M-M3Mmax-M3---(20)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,0≤θ<π/3Urq,π/3≤θ<π/2---(21)]]>其中，Urf=Udc3ej0---(22)]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π/2≤θ<2π/3k3Urf+(1-k3)Urq,2π/3≤θ<π---(23)]]>其中，Urf=Udc3ejπ---(24)]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,π≤θ<4π/3Urq,4π/3≤θ<3π/2---(25)]]>其中，Urf=Udc3ejπ---(26)]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,3π/2≤θ<5π/3k3Urf+(1-k3)Urq,5π/3≤θ<2π---(27)]]>其中，Urf=Udc3ej0---(28).]]>與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明中，通過對參考電壓矢量進行補償，顯著提高了四開關容錯逆變器的直流電壓利用率，進一步提高了電力電子開關器件故障后系統的帶載能力和輸出轉矩，具有較大的實際應用價值；同時該方法避免了傳統過調制方法控制角和保持角等一系列復雜的數學計算，通過在過調制I區、過調制II區和過調制III區分別采用不同的電壓矢量進行加權合成，可以實現對參考電壓矢量的在線修正，便于工程實現；另外，本發明將直流側電容電壓不平衡考慮在內，能夠在直流側電容電壓不平衡的狀況下，最大程度地提高直流電壓利用率，并且在整個過調制區內輸出電壓基波幅值和調制比完全呈線性關系。附圖說明圖1是本發明所述四開關容錯逆變器主電路的拓撲結構；圖2是本發明所述實例對應的三相四開關容錯逆變器過調制方法的流程圖；圖3是直流母線電容電壓平衡時空間電壓矢量分布圖；圖4A是直流母線電容電壓V1≤V2時空間電壓矢量分布圖；圖4B是直流母線電容電壓V1＞V2時空間電壓矢量分布圖；圖5A是本發明直流母線電容電壓V1≤V2時改進后的空間電壓矢量分布圖；圖5B是本發明直流母線電容電壓V1＞V2時改進后的空間電壓矢量分布圖；圖6是本發明一種具體實施的過調制I區參考電壓矢量調整圖；圖7是本發明一種具體實施的過調制II區參考電壓矢量調整圖；圖8是本發明一種具體實施的過調制III區參考電壓矢量調整圖；圖9是根據伏秒平衡求取電壓矢量作用時間的示意圖；圖10是本發明所述實例對應的三相四開關容錯逆變器過調制系統的結構圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。三相六開關逆變器某一橋臂(如a相)發生故障后，對其主電路拓撲進行重構，得到四開關容錯逆變器主電路拓撲，如圖1所示；本發明以a相橋臂故障為例來進行四開關容錯逆變器過調制方法的說明：根據圖1的兩個橋臂不同開關狀態的組合，可得到4種工作狀態，其中電壓矢量U1,U2,U3,U4是4個有效電壓矢量，并將復平面分為4個扇區，如圖3所示，從圖中可以看到四個電壓矢量幅值不等，其中長矢量的幅值為短矢量的幅值為Udc/3。如圖2，則對上述四開關容錯逆變器進行過調制方法包括如下步驟：S1、計算并判斷四開關容錯逆變器的直流側電容電壓不平衡系數ε是否為0，是則執行S3，否則執行S2；所述直流側電容電壓不平衡系數ε的計算公式為ϵ=12-V1Udc---(1)]]>式(1)中，V1是直流側電容C1兩端電壓，Udc為直流母線電壓，顯然當直流測電容電壓平衡時，如圖3，ε＝0，當ε≠0時，4個電壓矢量分布圖如圖4A和圖4B所示。S2、修正四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量并分別計算被修正后的四個有效電壓矢量各自所對應的電壓矢量的幅值后執行S3；修正后的電壓矢量如圖5A和圖5B所示。其中對四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量U1,U2,U3,U4進行修正得到電壓矢量U′1,U′2,U′3,U′4的過程為：令U1′=aU1;U2′=bU1+cU2+dU3;U3′=eU3;U4′=fU1+gU4+hU3;---(2)]]>當V1≤V2時，a=V1+V22V2;b=0;c=1;d=V2-V12V1;e=V1+V22V1;f=0;g=1;h=V2-V12V1;---(3)]]>當V1＞V2時，a=V1+V22V2;b=V1-V22V2;c=1;d=0;e=V1+V22V1;f=V1-V22V2;g=1;h=0;---(4)]]>S3、計算四開關容錯逆變器的參考電壓矢量幅值；S4、基于S3中所計算的參考電壓矢量幅值，計算用于對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分的調制比參數M，所述調制比參數M計算公式如下：M=π|Ur|Udc---(5)]]>其中，|Ur|為參考電壓矢量幅值，Udc為直流母線電壓；S5、如圖5A和圖5B所示，基于所計算的調制比參數M的大小，對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分，即將其劃分為線性調制區、過調制I區、過調制II區和過調制III區；其劃分原則為：線性調制與過調制I區界限處對應的調制比M1，過調制I區和過調制II區界限處對應的調制比M2，過調制II區和過調制III區界限處對應的調制比M3，以及過調制III區上限處對應的調制比Mmax，即所述線性調制區的范圍為0＜M≤M1，過調制I區的范圍為M1＜M≤M2、過調制II區的范圍為M2＜M≤M3、過調制III區的范圍為M3＜M≤Mmax，其中通過對實際輸出電壓矢量軌跡進行傅里葉分解，并根據輸出相電壓基波幅值相等的原則求得：M1=0.9069;M2=0.9517;M3=0.9613;Mmax=1.2216;---(6).]]>S6、對所劃分的過調制I區、過調制II區和過調制III區分別設定各區所對應的過調制算法，并基于各過調制算法合成四開關容錯逆變器的實際輸出電壓矢量或稱為補償電壓矢量；進一步，作為本發明的優選方案，所述過調制I區對應的過調制算法為：首先定義過調制I區對應的過調制系數k1=M-M1M2-M1---(7)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，如圖6所示，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,0≤θ<π/3Ur,π/3≤θ<π/2---(8)]]>其中，Urins=Udc23ejθ---(9)]]>在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,π/2≤θ<2π/3k1Urq+(1-k1)Urins,2π/3≤θ<π---(11);]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量Urins和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同，即Ur*=k1Urq+(1-k1)Urins,π≤θ<4π/3Ur,4π/3≤θ<3π/2---(12);]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持和參考電壓矢量相同；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k1)的內切圓電壓矢量和加權系數為k1的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Ur,3π/2≤θ<5π/3k1Urq+(1-k1)Urins,5π/3≤θ<2π---(13);]]>所述過調制II區對應的過調制算法為：首先定義過調制II區對應的過調制系數k2=M-M2M3-M2---(14)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，如圖7所示，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,0≤θ<π/3k2Urq+(1-k2)Urm,π/3≤θ<π/2---(15)]]>其中，在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,π/2≤θ<2π/3Urq,2π/3≤θ<π---(17)]]>在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，補償電壓矢量為四邊形邊界電壓矢量Urq；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量Urm和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量Urq合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π≤θ<4π/3k2Urq+(1-k2)Urm,4π/3≤θ<3π/2---(18)]]>在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，由加權系數為(1-k2)的以M2Udc/π為半徑的圓對應的電壓矢量和加權系數為k2的四邊形邊界電壓矢量合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量，即Ur*=k2Urq+(1-k2)Urm,3π/2≤θ<5π/3Urq,5π/3≤θ<2π---(19);]]>所述過調制III區對應的過調制算法為：首先定義過調制III區對應的過調制系數k3=M-M3Mmax-M3---(20)]]>其次對參考電壓矢量進行修正，如圖8所示，其包括如下：在第一扇區，當參考電壓矢量相位在[0,π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[π/3,π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,0≤θ<π/3Urq,π/3≤θ<π/2---(21)]]>其中，在第二扇區，當參考電壓矢量相位在[π/2,2π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[2π/3,π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,π/2≤θ<2π/3k3Urf+(1-k3)Urq,2π/3≤θ<π---(23)]]>其中，在第三扇區，當參考電壓矢量相位在[π,4π/3)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量Urq和加權系數為k3的有效電壓矢量Urf合成補償電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[4π/3,3π/2)時，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量Urq，即Ur*=k3Urf+(1-k3)Urq,π≤θ<4π/3Urq,4π/3≤θ<3π/2---(25)]]>其中，在第四扇區，當參考電壓矢量相位在[3π/2,5π/3)，補償電壓矢量保持為四邊形邊界電壓矢量；當參考電壓矢量相位在[5π/3,2π)時，由加權系數為(1-k3)的四邊形邊界電壓矢量和加權系數為k3的短電壓矢量合成補償電壓矢量，即Ur*=Urq,3π/2≤θ<5π/3k3Urf+(1-k3)Urq,5π/3≤θ<2π---(27)]]>其中，S7、基于伏秒平衡原則計算所合成的補償電壓矢量對應的兩個有效電壓矢量和等效零矢量的作用時間T1、T2、T0，進而完成對應的PWM調制。具體的，由于S7借用現有技術采用的方法，因此僅以第一扇區為例進行說明，如圖9所示：∫0TsUref*dt=∫0T1U1dt+∫T1T1+T2U2dt+∫T1+T2TsUZdt---(29)]]>其中UZ表示零矢量，并選擇作用相等時間的U1和U3來等效，代入數值得T1=3Ts|Ur*|cos(θ)Udc---(30)]]>T2=3Ts|Ur*|sin(θ)Udc---(31)]]>T0＝Ts-T1-T2(32)其中Ts為采樣周期，T0為零矢量作用時間；然后根據T1、T2、T0進而完成PWM調制。當四開關容錯逆變器的b相橋臂或c相橋臂發生故障時，可同理a相橋臂的調制方法進行過調制控制，來提高容錯逆變器的直流電壓利用率和帶載能力。基于上述方法，如圖10，本發明還給出一種提高四開關容錯逆變器直流電壓利用率的系統，其特征在于，包括：不平衡系數計算模塊，該不平衡系數計算模塊能夠計算并判斷四開關容錯逆變器的直流側電容電壓不平衡系數ε是否為0；有效電壓矢量修正模塊，該有效電壓矢量修正模塊能夠在直流側電容電壓不平衡系數ε不為0的條件下，修正四開關容錯逆變器的四個有效電壓矢量并分別計算被修正后的四個有效電壓矢量各自所對應的電壓矢量的幅值；參考電壓矢量幅值計算模塊，該參考電壓矢量幅值計算模塊能夠計算四開關容錯逆變器所對應的參考電壓矢量幅值；調制比參數計算模塊，該調制比參數能夠基于參考電壓矢量計算模塊所計算的參考電壓矢量幅值，計算用于對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分的調制比參數M，所述調制比參數M計算公式如下：M=π|Ur|Udc]]>其中，|Ur|為參考電壓矢量幅值，Udc為直流母線電壓；調制區域劃分模塊，該調制區域劃分模塊能夠基于所計算的調制比參數M的大小，對四個電壓矢量所構成的復平面進行調制區域劃分，即將其劃分為線性調制區、過調制I區、過調制II區和過調制III區；所述線性調制區的范圍為0＜M≤M1，過調制I區的范圍為M1＜M≤M2、過調制II區的范圍為M2＜M≤M3、過調制III區的范圍為M3＜M≤Mmax，其中M1＝0.9069；M2＝0.9517；M3＝0.9613；Mmax＝1.2216；過調制算法配置模塊，該過調制算法配置模塊能夠對所劃分的過調制I區、過調制II區和過調制III區分別設定各區所對應的過調制算法，并基于各過調制算法合成四開關容錯逆變器的實際輸出電壓矢量或稱為補償電壓矢量；以及輸出模塊，該輸出模塊能夠基于伏秒平衡原則計算所合成的補償電壓矢量對應的兩個有效電壓矢量和等效零矢量的作用時間T1、T2、T0，進而完成對應的PWM調制。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3