Распознавание неисправностей и реконфигурирование трехфазного пятиуровневого каскадного H-мостового инвертора

Автор(и)

  • Тану Прасад Индийский технологический институт Бхилаи, Чаттисгарх, Індія http://orcid.org/0000-0003-3691-8473
  • Сватпнаит Паттнаик Национальный технологический институт Раипур, Чаттисгарх, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702206005X

Ключові слова:

каскадный многоуровневый H-мостовой инвертор, метод пространственно-векторной модуляции, распознавание ошибок, нечеткая логика, реконфигурация ошибок, вспомогательный инверторный модуль

Анотація

В статье представлена методика распознавания неисправностей и реконфигурации трехфазного пятиуровневого каскадного Н-мостового инвертора. Анализ работы многоуровневого инвертора выполнен с использованием метода пространственно-векторной модуляции. При отказе разомкнутого переключателя, который достаточно часто встречается в многоуровневом инверторе,  и определяется с помощью нечеткой логики, выполняется реконфигурация при неисправности путем добавления к основному многоуровневому инвертору одного вспомогательного инверторного модуля, который работает при наличии неисправности и регулирует выходное напряжение. Работа вспомогательного инверторного модуля определяется заданным состоянием переключения, в зависимости от неисправности, возникающей в конкретном переключателе. Применение данного метода дает возможность непрерывной работы основного многоуровневого инвертора даже в состоянии с неисправностью при отсутствии на выходе только одного или двух уровней напряжения. Непрерывная работа многоуровневого инвертора при меньшем значении параметра THD достигается без использования фильтра, что подтверждается моделированием в среде MATLAB®.

Посилання

L. Franquelo, J. Rodriguez, J. Leon, S. Kouro, R. Portillo, M. Prats, “The age of multilevel converters arrives,” IEEE Ind. Electron. Mag., vol. 2, no. 2, pp. 28–39, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/MIE.2008.923519.

J. Rodriguez, J.-S. Lai, F. Z. Peng, “Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, 2002, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2002.801052.

R. R. Kumar, “Comparison of PWM techniques and inverter performance,” IOSR J. Electr. Electron. Eng., vol. 4, no. 1, pp. 18–22, 2013, doi: https://doi.org/10.9790/1676-0411822.

K. Deepa, P. A. Kumar, V. S. Krishna, P. N. K. Rao, A. Mounika, D. Medhini, “A study of comparative analysis of different PWM techniques,” in 2017 International Conference On Smart Technologies For Smart Nation (SmartTechCon), 2017, pp. 1144–1149, doi: https://doi.org/10.1109/SmartTechCon.2017.8358548.

K. V. Kumar, P. A. Michael, J. P. John, S. S. Kumar, “Simulation and comparison of SPWM and SVPWM control for three phase inverter,” ARPN J. Eng. Appl. Sci., vol. 5, no. 7, pp. 61–74, 2010.

H. Hu, W. Yao, Z. Lu, “Design and implementation of three-level space vector PWM IP core for FPGAs,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 6, pp. 2234–2244, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.909296.

I. Ahmed, V. B. Borghate, A. Matsa, P. M. Meshram, H. M. Suryawanshi, M. A. Chaudhari, “Simplified space vector modulation techniques for multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 12, pp. 8483–8499, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2520078.

J.-S. Hu, J.-N. Lin, H.-C. Chen, “A discontinuous space vector PWM algorithm in abc reference frame for multilevel three-phase cascaded H-bridge voltage source inverters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 11, pp. 8406–8414, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2703675.

R. R. Krishna, K. Gopakumar, M. Boby, A. K. Yadav, L. G. Franquelo, S. S. Williamson, “Multilevel 24-sided polygonal voltage-space-vector structure generation for an IM drive using a single DC source,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 66, no. 2, pp. 1023–1031, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2831189.

D. Miljković, “Fault detection methods: A literature survey,” in 2011 Proceedings of the 34th International Convention MIPRO, 2011, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/5967153.

F. Asghar, M. Talha, S. H. Kim, “Comparative study of three fault diagnostic methods for three phase inverter with induction motor,” Int. J. Fuzzy Log. Intell. Syst., vol. 17, no. 4, pp. 245–256, 2017, doi: https://doi.org/10.5391/IJFIS.2017.17.4.245.

F. Asghar, M. Talha, S. H. Kim, “Neural network based fault detection and diagnosis system for three-phase inverter in variable speed drive with induction motor,” J. Control Sci. Eng., vol. 2016, pp. 1–12, 2016, doi: https://doi.org/10.1155/2016/1286318.

H. Liu, P. C. Loh, F. Blaabjerg, “Sub-module short circuit fault diagnosis in modular multilevel converter based on wavelet transform and adaptive neuro fuzzy inference system,” Electr. Power Components Syst., vol. 43, no. 8–10, pp. 1080–1088, 2015, doi: https://doi.org/10.1080/15325008.2015.1022668.

S. Boukadida, S. Gdaim, A. Mtiba, “Sensor fault detection and isolation based on artificial neural networks and fuzzy logic applicated on induction motor for electrical vehicle,” Int. J. Power Electron. Drive Syst., vol. 8, no. 2, p. 601, 2017, doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v8.i2.pp601-611.

M. Thirumarimurugan, N. Bagyalakshmi, P. Paarkavi, “Comparison of fault detection and isolation methods: A review,” in 2016 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO), 2016, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/ISCO.2016.7726957.

P. Lezana, J. Pou, T. A. Meynard, J. Rodriguez, S. Ceballos, F. Richardeau, “Survey on fault operation on multilevel inverters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 7, pp. 2207–2218, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2032194.

B. Lu, S. K. Sharma, “A literature review of IGBT fault diagnostic and protection methods for power inverters,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 45, no. 5, pp. 1770–1777, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TIA.2009.2027535.

M. A. Rodriguez-Blanco, A. Vazquez-Perez, L. Hernandez-Gonzalez, V. Golikov, J. Aguayo-Alquicira, M. May-Alarcon, “Fault detection for IGBT using adaptive thresholds during the turn-on transient,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 3, pp. 1975–1983, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2364154.

U.-M. Choi, F. Blaabjerg, K.-B. Lee, “Study and handling methods of power IGBT module failures in power electronic converter systems,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 5, pp. 2517–2533, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2373390.

Z. Wang, X. Shi, L. M. Tolbert, F. Wang, B. J. Blalock, “A di/dt feedback-based active gate driver for smart switching and fast overcurrent protection of IGBT modules,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 7, pp. 3720–3732, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2278794.

W. Zhang, D. Xu, P. N. Enjeti, H. Li, J. T. Hawke, H. S. Krishnamoorthy, “Survey on fault-tolerant techniques for power electronic converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 12, pp. 6319–6331, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2304561.

W. Song, A. Q. Huang, “Fault-tolerant design and control strategy for cascaded H-bridge multilevel converter-based STATCOM,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2700–2708, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2036019.

M. Aleenejad, H. Iman‐Eini, S. Farhangi, “Modified space vector modulation for fault‐tolerant operation of multilevel cascaded H‐bridge inverters,” IET Power Electron., vol. 6, no. 4, pp. 742–751, 2013, doi: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2012.0543.

L. Maharjan, T. Yamagishi, H. Akagi, J. Asakura, “Fault-tolerant operation of a battery-energy-storage system based on a multilevel cascade PWM converter with star configuration,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 25, no. 9, pp. 2386–2396, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2047407.

H. Salimian, H. Iman-Eini, “Fault-tolerant operation of three-phase cascaded H-bridge converters using an auxiliary module,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 2, pp. 1018–1027, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2613983.

S. Ouni et al., “Improvement of post-fault performance of a cascaded H-bridge multilevel inverter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 4, pp. 2779–2788, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2632058.

M. M. Haji‐Esmaeili, M. Naseri, H. Khoun‐Jahan, M. Abapour, “Fault‐tolerant structure for cascaded H‐bridge multilevel inverter and reliability evaluation,” IET Power Electron., vol. 10, no. 1, pp. 59–70, 2017, doi: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.1025.

H. K. Jahan, F. Panahandeh, M. Abapour, S. Tohidi, “Reconfigurable multilevel inverter with fault-tolerant ability,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 9, pp. 7880–7893, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2773611.

A. A. Stonier, B. Lehman, “An intelligent-based fault-tolerant system for solar-fed cascaded multilevel inverters,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 33, no. 3, pp. 1047–1057, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TEC.2017.2786299.

S. Rahman, M. Meraj, A. Iqbal, L. Ben‐Brahim, R. Alammari, H. Abu‐Rub, “Fault tolerant single‐phase capacitor start capacitor run induction motor powered with cascaded multilevel quasi impedance source inverter,” J. Eng., vol. 2019, no. 17, pp. 4036–4040, 2019, doi: https://doi.org/10.1049/joe.2018.8042.

H. Iman-Eini†, S. Farhangi, J.-L. Schanen, M. Khakbazan-Fard, “A fault-tolerant control strategy for cascaded H-bridge multilevel rectifiers,” J. Power Electron., vol. 10, no. 1, pp. 34–42, 2010, uri: http://koreascience.or.kr/article/JAKO201012368302236.pdf.

M. Aleenejad, S. Jafarishiadeh, H. Mahmoudi, R. Ahmadi, “Reduced number of auxiliary H‐bridge power cells for post‐fault operation of three phase cascaded H‐bridge inverter,” IET Power Electron., vol. 12, no. 11, pp. 2923–2931, 2019, doi: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.5073.

Диаграмма пятиуровневого пространственного вектора

Опубліковано

2022-06-22 — Оновлено 2022-06-25

Як цитувати

Прасад, Т., & Паттнаик, С. (2022). Распознавание неисправностей и реконфигурирование трехфазного пятиуровневого каскадного H-мостового инвертора. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(6), 377–392. https://doi.org/10.20535/S002134702206005X

Номер

Розділ

Оригінальні статті