中性点移位在级联型逆变器单元故障处理中的应用及优化王旭徐彬臧义东北大学摘要：介绍了基于中性点移位原理的级联H桥型逆变器故障处理方式，与传统的故障处理方式相比，这种处理方法能够利用所有的非故障单元，增加输出电压幅值。但是仅进行中性点移位处理，会导致输出电压低次谐波成分增加；提出了适合中性点移位原理的载波相移参数调整方法，分别对三相输出进行优化处理，输出电压的谐波含量与故障前一致。实验结果验证了该方法的正确性。关键词：级联H桥多电平逆变器单元故障中性点移位谐波分析ApplicationandOptimizationofNeutralShiftinginCell-faultTreatmentforCascadedH-bridgeInverterWangXuXuBinZangYiAbstract:Basedonneutralshiftingcontrolmethodforcell-faulttreatmentofcascadedH-bridgeinverter,theoutputvoltageisincreasedthantraditionalcontrolmethod.Thevoltagesarebalancedbutdistortedwithsomeloworderharmonicifsomeparametersarenotadjustedproperly.Anoptimizedmethodsuitableforharmoniccancellationisproposedforneutralshiftingbasedcontrolmethodundercell-faultconditions.Theexperimentalresultsverifythevalidityoftheproposedmethod.Keywords:cascadedH-bridgesmultilevelinvertercellfaultneutralshiftharmonicanalysis1引言级联H桥型多电平逆变器可以采用故障单元旁路的方法来提高系统的可靠性，因而在重要的中高压大功率交流电机调速系统中得到了广泛的应用[1-2]。当逆变器某故障单元被旁路时，需要采取特殊的控制策略，以保证电机获得三相对称的电压。传统的控制方法是把另外两相上与故障单元相对应的非故障单元也进行旁路处理，主电路每相保持相同的单元数，从而保证三相输出相电压幅值相同，对称降容运行。这种方法是可行的，但是部分非故障单元的输出能力没能得到充分利用[2-3]。文献4中提出了基于中性点移位原理的故障处理方法，可以在仅旁路故障单元的情况下获得最大的对称线电压。但是故障后仅进行中性点移位而不对其它调制参数进行优化的话，会导致系统输出电压的低次谐波成分大幅增加，严重时会影响系统的稳定运行。为此，本文提出了相应的优化措施，在中性点移位的同时，适当调整相关的调制参数，优化故障后级联系统的输出，使其谐波特性与故障前保持一致。试验结果验证了这种优化方式在故障处理中的正确性。2中性点移位原理在级联型逆变器故障处理中的应用中性点移位是利用逆变器的中性点是浮动的，且不连接到负载中点（例如三相电机），因此逆变器中性点可以偏离负载中点。尽管逆变器输出三相相电压不平衡，但通过调整相电压的相位可128以得到三相平衡的负载线电压。这样的调整方式，相当于故障后在各相剩余单元输出的不对称电压上共同叠加一个零序分量，以合成三相对称的线电压。由于两个中点不直接连接，因此该线电压在负载上可以产生对称的负载相电压，从而保证负载的稳定运行。图1为中性点移位工作原理示意图。图1中性点移位原理示意图图1中的虚线三角形表示故障前相、线电压间关系；在发生故障后，各相剩余的单元数用NA、NB、NC表示，该值正比于各相能够提供的电压值，通过适当调整这三相电压中性点O的位置，即可得到三相对称的线电压，此时逆变器电压的中点位置为O’，O’相对于O点的移位电压为vn。A相与另外两相的相位角不再是120°，分别为θb和θc，此时相、线电压间的关系以实线表示。设R为图中三角形外接圆的半径，表示中性点移位后等效相电压的幅值。用NA，NB，NC与等边三角形三边可以构造出3个不规则的小三角形，这3个三角形面积之和与等边三角形面积相同，因此可以求出R值。通过运算，即可得到各种故障状态下中性点移位参数的表达式(1)(2)(3)(4)(5)(6)这些参数可用在故障后的控制策略中，如参数θn和vn适用于载波调制。6单元级联系统采用中性点移位在Nf个单元故障后的相关参数如表1所示。表中列出了故障后输出电压能够维持在额定电压80%以上的各种容错情况，NABC/3N表示剩余的非故障单元总数占所有单元的比例。Vn和Vc分别表示故障后采用中性点移位法和传统方法的最大输出能力。表1不同故障状态下的中性点移位参数...
