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目前,多电平功率变换器技术已经成为石化、电力、冶金、矿山等中高压大功率工业领域的研究热点。至今多电平逆变器已有三十余年的发展,产生了大量拓扑结构。本文将结构简单、性能稳定、较易控制的二极管中点箝位(NPC)型三电平逆变器作为对象,研究其IGBT功率器件的开路故障诊断技术与容错控制策略,使得逆变器发生某些特定故障后能够继续运行,提高系统的可靠性。本文给出了基于经验模态分解与分形几何理论的故障特征信息提取技术和基于支持向量机的故障诊断技术。首先介绍了中点箝位型三电平逆变器的拓扑结构、工作原理以及开关状态,并在此基础上对开关器件的单双管开路故障进行分析与分类。然后利用MATLAB/Simulink平台搭建NPC型三电平逆变器仿真模型,对各类故障进行仿真,得到不同故障状态下逆变器三相输出线电压和相电流的波形。采用经验模态分解与分形几何理论相结合的方法从得到的波形中提取出每种故障所对应的特征向量,将该特征向量输入到基于粒子群优化算法的支持向量机中进行故障训练与分类,最终完成故障诊断。本文针对NPC型三电平逆变器发生的不同类型故障,给出了两种容错控制策略:基于电压空间矢量冗余的容错控制策略和基于拓扑重构的容错控制策略。根据逆变器发生故障后空间矢量分布的不同特点,将逆变器IGBT功率器件的开路故障分为I型故障和II型故障。当发生I型故障时,通过对电压空间矢量进行分析,得出矢量合成方法和相应的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,采用基于电压空间矢量冗余的容错控制策略进行容错控制;当发生II型故障时,将原拓扑重构为三相八开关容错型逆变器,对其进行电压空间矢量分析,得到空间矢量合成方法以及SVPWM调制算法,采用基于拓扑重构的容错控制策略进行容错控制。在MATLAB/Simulink工具箱中进行仿真验证,表明在故障发生后,利用这两种容错控制策略可以使逆变器持续工作,且可靠性高、成本低。最后,搭建NPC型三电平容错型逆变器实验平台,在实验平台上进行逆变器容错控制实验,验证了本文给出的基于电压空间矢量冗余和基于拓扑重构的两种容错控制策略的安全可行性。