串联H桥多电平高压变频器故障处理新方法

　　1 引言

　　矿井提升机是煤矿生产的关键设备，肩负着井上、井下联络的重任，提升机控制系统工作的安全可靠性，直接影响到企业的经济效益[1]。串联h桥的多电平高压变频提升机传动系统，虽然不像重要场合的风机、水泵负载那样要求系统能够连续运转，当变频器功率单元出现故障时可以立即停止提升机运行，进行单元更换、检修处理，待故障排除后继续进行生产，但是当提升机高速运行时，若变频器某一相的一个或几个，甚至多相的多个h桥功率单元同时发生故障时，要求提升机传动系统必须能够继续驱动电动机，以提供足够的制动力矩将提升机制动。因此，提升机传动系统在变频器故障状态下能否继续运行，是值得研究的问题。

　　目前，国内对串联h桥型变频器故障单元的处理主要有旁路技术、热插拔技术等，这些只是用于对故障单元硬件方面的处理，在控制方式上并没有得到改善。同时存在变频器的输出电压不对称、对操作人员人身安全有一定的危险以及备用h桥单元的投入需要一定的时间。本文主要针对6kv九电平电压空间矢量控制变频器，分析当单元故障时，如何对电压矢量开关状态重新选择，保证串联h桥功率单元故障时，提升机能够提供最大的制动力矩。在matlab/simulink环境下对提升机传动系统进行了故障运行仿真分析。

　　2 故障运行时逆变器的控制方法

　　为了使提升机在串联h桥功率单元故障时提供最大制动力矩，并使传动系统输出的电压轨迹接近圆形，需要确定最小的kdx，令此最小值为kdmin，将kdmin所对应的正六边形，作为变频器最大电压矢量幅值的参考。

　　为了使传动系统输出达到式(2)确定的最大幅值，对开关状态进行调整，调整之后，传动系统输出的三相相电压的相位、幅值都很可能会不对称，但输出的线电压是对称的，电动机仍然可以对称运行。

　　在传统的故障单元旁路方式中，为保证线电压对称，必须保证相电压是对称的，所以必须将某些正常串联h桥功率单元一同旁路，限制了传动系统的带载能力。与传统的故障单元旁路方式相比，应用svpwm控制技术的开关状态调整方式，在同样的故障状态下，能够输出幅值更大的正弦电压，能够为提升机制动提供更大的力矩。

　　2.1 参考电压矢量限幅

　　当串联h桥功率单元出现故障时，如果参考电压矢量vr*的幅值大于vmax，那么vr*就无法通过变频器输出实现，此时必须对vr*进行限幅。一种简单可行的方法，就是将vmax作为参考电压矢量的幅值，将矢量vr*的角度作为参考电压矢量的角度。设参考电压矢量vr*在m-n坐标系中的坐标为(vrm*，vm*)，如图1所示。根据余弦定理可以计算，参考电压矢量vr*的幅值vr*为：