Fault-tolerant Optimal Control of Three-phase Converter Based on Space Vector Phase Offset

Chao SUN; Yingning QIU; Yanhui FENG; Wei QIN

doi:10.7500/AEPS20210518006

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Fault-tolerant Optimal Control of Three-phase Converter Based on Space Vector Phase Offset

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Fault-tolerant Optimal Control of Three-phase Converter Based on Space Vector Phase Offset
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 5, Pages: 96-104(2022)
- 作者机构：
  
  南京理工大学能源与动力工程学院，江苏省南京市 210094
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2019YFE0104800)
- DOI：10.7500/AEPS20210518006
  CLC：
- Received：18 May 2021，
  
  Revised：2021-09-14，
  
  Published Online：16 December 2021，
  
  Published：10 March 2022
- 稿件说明：
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孙超,邱颖宁,冯延晖等.基于空间矢量相位偏移的三相变流器容错优化控制[J].电力系统自动化,2022,46(5):96-104.

SUN Chao,QIU Yingning,FENG Yanhui,et al.Fault-tolerant Optimal Control of Three-phase Converter Based on Space Vector Phase Offset[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):96-104.
孙超,邱颖宁,冯延晖等.基于空间矢量相位偏移的三相变流器容错优化控制[J].电力系统自动化,2022,46(5):96-104. DOI： 10.7500/AEPS20210518006.

SUN Chao,QIU Yingning,FENG Yanhui,et al.Fault-tolerant Optimal Control of Three-phase Converter Based on Space Vector Phase Offset[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):96-104. DOI： 10.7500/AEPS20210518006.

摘要

三相变流器开路故障会导致风电系统停机，造成巨大的经济损失，因此对三相变流器容错运行能力的研究十分必要。以风力发电系统中三相AC/DC变流器为研究对象，建立了参考电压空间矢量和电流矢量相位差的数学模型，分析了两者之间相位差在开路故障后增大的原因。在此基础上，提出了基于空间矢量相位偏移的三相变流器容错优化控制方法，并通过仿真和实验验证了其可行性和有效性。结果表明，所提出的容错优化控制方法能够使参考电压空间矢量和电流矢量之间的相位差接近于0，提升三相变流器容错运行能力，降低系统容错控制时三相电流总谐波畸变率。

Abstract

The open-circuit fault of three-phase converter will lead to shutdown of wind power systems

resulting in huge economic losses. Therefore

it is necessary to study the fault-tolerant operation ability of three-phase converters. This paper takes three-phase AC/DC converters in wind power systems as the research object

establishes the mathematical model of phase difference between reference voltage space vectors and current vectors

and analyzes the reasons for the increase of phase difference after open circuit faults. A fault-tolerant optimization control method of three-phase converters based on space vector phase offset is proposed

and its feasibility and effectiveness are verified by simulation and experiment. The results show that the proposed fault-tolerant optimization control method can narrow the phase difference between the reference voltage space vector and the current vector close to zero

improve the fault-tolerant operation capability of the three-phase converter

and reduce the total harmonic distortion (THD) of the three-phase current during fault-tolerant control.

关键词

Keywords

references

蔡国伟，钟超，吴刚，等 . 考虑风电机组超速减载与惯量控制的电力系统机组组合策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 134 - 142 .

CAI Guowei ， ZHONG Chao ， WU Gang ， et al . Unit commitment strategy of power system considering overspeed load reduction and inertia control of wind turbine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 134 - 142 .

胥国毅，胡家欣，郭树锋，等 . 超速风电机组的改进频率控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 39 - 44 .

XU Guoyi ， HU Jiaxin ， GUO Shufeng ， et al . Improved frequency control strategy for over-speed wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 39 - 44 .

CECATI C ， DI TOMMASO A O ， GENDUSO F ， et al . Comprehensive modeling and experimental testing of fault detection and management of a nonredundant fault-tolerant VSI ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 6 ）： 3945 - 3954 .

高英瀚，唐芬，刘京斗，等 . 基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 167 - 175 .

GAO Yinghan ， TANG Fen ， LIU Jingdou ， et al . Improved control of grid-connected converter with LCL filter based on phase compensation and virtual impedance optimization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 167 - 175 .

刘俊磊，曹娜，钱峰，等 . 考虑双馈风电机组变流器控制参数的风电场内机组振荡分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 42 - 49 .

LIU Junlei ， CAO Na ， QIAN Feng ， et al . Analysis of unit oscillation in wind farm considering control parameters of converter for DFIG-based wind turbine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 42 - 49 .

蔡富裕，郭文勇，赵闯，等 . 基于参数在线辨识的电流源型变流器状态监测及自适应控制［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 18 ）： 67 - 74 .

CAI Fuyu ， GUO Wenyong ， ZHAO Chuang ， et al . State monitoring and adaptive control of current source converter based on online identification of parameters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 18 ）： 67 - 74 .

IM W S ， KIM J M ， LEE D C ， et al . Diagnosis and fault-tolerant control of three-phase AC-DC PWM converter systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2013 ， 49 （ 4 ）： 1539 - 1547 .

吕伟，王晗，张建文，等 . 基于负序电流补偿的并联风电变流器故障容错控制［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 8 ）： 142 - 148 .

LÜ Wei ， WANG Han ， ZHANG Jianwen ， et al . Fault-tolerant control based on negative-sequence current compensation for parallel wind power converters ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 8 ）： 142 - 148 .

FLANNERY P S ， VENKATARAMANAN G . A fault tolerant doubly fed induction generator wind turbine using a parallel grid side rectifier and series grid side converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2008 ， 23 （ 3 ）： 1126 - 1135 .

成庶，李蔚，陈特放，等 . 整流器主电路开路故障诊断及容错控制研究［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 13 ）： 26 - 35 .

CHENG Shu ， LI Wei ， CHEN Tefang ， et al . Research on open-circuit fault diagnosis and fault-tolerant control scheme for rectifier main circuits ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 13 ）： 26 - 35 .

魏书荣，何之倬，黄苏融，等 . 海上双馈风电机组开路故障容错重构技术［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 83 - 89 .

WEI Shurong ， HE Zhizhuo ， HUANG Surong ， et al . Reconfiguration technology for open-circuit fault tolerance of DFIG-based wind turbines in offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 83 - 89 .

ZHOU X X ， SUN J ， LI H T ， et al . High performance three-phase PMSM open-phase fault-tolerant method based on reference frame transformation ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 10 ）： 7571 - 7580 .

郝振洋，徐子梁，陈宇，等 . 航空Vienna整流器故障诊断与容错控制［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5152 - 5163 .

HAO Zhenyang ， XU Ziliang ， CHEN Yu ， et al . Fault diagnosis and fault tolerant control for aviation Vienna rectifier ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5152 - 5163 .

ZAREI M E ， NICOLÁS C V ， ARRIBAS J R ， et al . Four-switch three-phase operation of grid-side converter of doubly fed induction generator with three vectors predictive direct power control strategy ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 10 ）： 7741 - 7752 .

许政，肖岚，宋佩云 . 基于修正开关模式的三相整流器故障容错控制［J］. 电力电子技术， 2016 ， 50 （ 1 ）： 70 - 74 .

XU Zheng ， XIAO Lan ， SONG Peiyun . Fault tolerant control method in three-phase rectifier based on revising the switching patterns ［J］. Power Electronics ， 2016 ， 50 （ 1 ）： 70 - 74 .

王新帅，杜明星，窦汝振，等 . 一种基于空间矢量控制的整流器容错控制方法［J］. 电力电子技术， 2015 ， 49 （ 5 ）： 7 - 10 .

WANG Xinshuai ， DU Mingxing ， DOU Ruzhen ， et al . A fault-tolerant control method of rectifier based on space vector control ［J］. Power Electronics ， 2015 ， 49 （ 5 ）： 7 - 10 .

秦伟，冯延晖，邱颖宁，等 . 基于等模补偿比和SVPWM八扇区划分的直驱式风力发电系统变流器容错控制［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 376 - 385 .

QIN Wei ， FENG Yanhui ， QIU Yingning ， et al . Fault-tolerant control of converter for direct-drive wind power generation system based on equal modulus compensation ratio and SVPWM eight-sector division ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 376 - 385 .

QIN W ， QIU Y N ， SUN C ， et al . Modified SVPWM scheme for fault-tolerant control of AC-DC PWM converter ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 4 ）： 4715 - 4725 .

ZHANG X K ， GAUTHIER J Y ， LIN-SHI X F . Innovative fault-tolerant three-phase SPMSM drive without split capacitors， auxiliary legs， or TRIACs ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 7 ）： 8128 - 8140 .

ZHOU D H ， TANG Y . An online open-circuit fault diagnosis and fault tolerant scheme for three-phase AC-DC converters with model predictive control ［C］// 2018 International Power Electronics Conference ， May 20-24 ， 2018 ， Niigata， Japan ： 434 - 438 .

ZAREI M E ， GUPTA M ， RAMIREZ D ， et al . Switch fault tolerant model-based predictive control of a VSC connected to the grid ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 1 ）： 949 - 960 .

李洪亮，姜建国，乔树通 . 三电平SVPWM与SPWM本质联系及对输出电压谐波的分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 12 ）： 130 - 137 .

LI Hongliang ， JIANG Jianguo ， QIAO Shutong . Essential relation between three-level SVPWM and SPWM and analysis on output voltage harmonic ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 12 ）： 130 - 137 .

OGASAWARA S ， AKAGI H ， NABAE A . A novel PWM scheme of voltage source inverters based on space vector theory ［J］. Archiv Für Elektrotechnik ， 1990 ， 74 （ 1 ）： 33 - 41 .

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