使用变频技能驱动电动机能够完成节能，契合我国有关节能减排的要求和社会需求。为了使变频设备使用在高电压等级、大容量的场合，通常会选用高压大容量的开关器材和多电平的拓扑结构；级联型变流器是一种有很好使用远景的多电平变换器，级联型变频器的详细使用如级联型高压变频器拖动风机、水泵等负载，大多作业在比较重要的场合，在出产或日子中的效果和影响较大，对牢靠性要求高，一般要求体系能够接连作业，即便在毛病后恰当下降容量运转，也不能随时停机。在使用高压变频设备驱动电动机完成节能方针的一起，为了确保体系的牢靠性，需求高压变频设备具有必定的容错功用，即在产生器材或许单元毛病时，能够主动将其屏蔽，经过调整操控办法，使体系持续运转。
单元串联型高压变频器使用若干低压功率单元串联完成高压输出，这种结构使其具有杰出的容错功用；将产生毛病的单元屏蔽后，经过必定的毛病处理办法，能够使体系持续下降容量运转，确保出产的安稳运转。传统的毛病处理办法是选用屏蔽掉毛病单元与别的两相中相应的非毛病单元，以坚持变频器的平衡运转，这样势必会形成非毛病单元的糟蹋，因而对级联型变频器正常作业及毛病时处理办法的研讨很有必要。本文规划的依据PCI-9846的变频器输出功用测验体系首要针对选用三种不同的毛病处理办法时，对单元串联型高压变频器输出电能质量的各项目标进行实时监测和剖析，尤其是单元产生毛病后，体系输出电压的功用目标，应尽量与毛病前坚持一致，以减小毛病对体系作业的影响。该测验体系使用LabVIEW虚拟仪器软件渠道建立体系主控界面，规划了相应的毛病处理办法，能够得到不同毛病处理办法时的参阅波。在多单元级联型变频器仿真模型上进行测验，经过凌华PCI-9846数字化仪收集三相电压信号后进行剖析处理，取得三相线电压的幅值，频率，总谐波含量，三相电压相位等首要功用目标，然后查看操控算法在体系正常运转及带毛病运转时的输出状况。
一 单元串联型高压变频器结构及作业原理
单元串联型高压变频器选用若干个低压功率单元串联的办法完成直接高压输出，选用的变压器为多重化阻隔变压器，一次侧输入高压，二次侧输出彼此阻隔的低压，供应各个功率单元，即各个H桥，体系的三相结构相似。每个功率单元都是一个三相输入、单相输出的交-直-交变频器，具有一致的结构。
每个功率单元别离由输入变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间彼此绝缘。如选用每相六单元串联的办法，则每个功率单元接受悉数的输出电流，但仅接受1/6的输出相电压和1/18的输出功率；关于6KV的电机体系，每单元输出电压0~590V可调，频率0~50Hz可调，然后可完成变频操控。
单元串联型高压变频器各的功率单元选用载波相移PWM技能进行操控，关于图1所示的变频器由n对顺次相移60°/n的三角载波对参阅波电压进行调制。对A相基波调制所得的n个信号，别离操控A1～An n个功率单元，经叠加即可得具有2*n+1级阶梯的相电压波形。它相当于6*n脉波变频，理论上6*n-1次以下的谐波都能够抵消，总的电压和电流畸变可低至1％左右，因而也可谓完美无谐波变频器。该系列变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开必定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为1KHz，则当每相有6个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为12KHz。功率单元选用低的开关频率能够下降开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可大大改进输出波形。波形改进除减小输出谐波外，还可下降噪音、du/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器用于调速电源对电机无特别要求，可用于一般的高压电机，且不用降额，对输出电缆长度也没有特别约束。
二 单元串联型高压变频器毛病处理办法剖析
为了进步单元串联型变频器的牢靠性，使其在部分功率单元产生毛病后仍能够持续运转，传统的毛病处理办法是选用屏蔽掉毛病单元与别的两相中相应的非毛病单元，以坚持变频器的平衡运转，这样势必会形成非毛病单元的糟蹋，因而最大输出才能较低。该办法的长处在于原理简略，技能老练牢靠。
为了在单元毛病后充分使用一切的非毛病单元，进一步进步多电平逆变器的输出功用，能够选用中性点移位技能。中性点移位原理是使用变频器的中性点是起浮的，且不衔接到负载中点（例如现在广泛使用的三相电动机），因而变频器中性点能够违背负载中点。虽然变频器输出三相相电压不平衡，但经过调整相电压的相位能够得到三相平衡的负载线电压。这样的调整办法，相当于毛病后在各相剩下单元输出的不对称电压上一起叠加一个零序重量，以组成三相对称的线电压。因为两个中点不直接衔接，因而该线电压在负载上能够产生对称的负载相电压，然后确保负载的对称安稳运转。可是因为三相不再对称，此刻经过注入三次谐波以进步单元电压使用率的优化操控办法不再适用，因而，中性点移位的处理办法并没有充分使用体系的最大输出才能。某些毛病状况下，其最大输出才能乃至比传统的屏蔽毛病单元及其对应别的两相非毛病单元的处理办法还要低。
针对这一问题，文献［2］提出了一种简易的参阅波形生成办法，选用这种参阅波形代替正弦波用于逆变单元操控，在不改动原有毛病处理办法的状况下，能够充分使用各单元的输出才能，进步体系的全体输出，减小毛病对负载的影响。这种办法简略易行，关于依据载波的操控体系中，只需求依据毛病类型改动参阅波的形状即可，在现有毛病处理办法的基础上无需做出很大变化即可完成。与中性点偏移办法比较，无需核算偏移视点。
三 依据LabVIEW和 PCI-9846的测验体系规划
为了验证剖析级联型变频器上述三种毛病处理办法的输出功用，使用LabVIEW虚拟仪器软件渠道和凌华PCI-9846高速数字化仪建立了测验体系。LabVIEW选用图形化体系规划理念以及共同的并行数据流特征，在主控界面建立、毛病处理办法规划、信号收集与处理以及电压信号功用剖析等方面具有显着的优势。因为级联型变频器等效的输出相电压开关频率为每个开关器材开关频率的若干倍，输出电压谐波散布在较高频段，因而变频器输出特性剖析体系对数据收集设备的采样率要求较高，一般的数据收集设备难以满意如此高的采样要求。凌华科技公司的模块化仪器PCI-9846具有高采样率和高采样精度、兼容性好等长处，该设备最高采样频率为40MHz，内置四个高线性度的16位高精度A/D，并能完成四通道一起采样，在对高频信号的收集上具有很大的优势，十分合适对级联型变频器三相输出高频信号的收集和处理。凌华科技相同供给针对LabVIEW的驱动程序，无需过多考虑兼容性问题，缩短了体系开发时刻。
其间在PC中经过LabVIEW虚拟仪器软件编程，依据上述三种毛病处理办法的作业原理，完成相应的操控计划，产生相应的操控信号。产生的开关器材操控信号经数据输出设备输出，由信号调度电路处理后送至级联型变频器试验设备使设备作业。输出电压经传感器送至PCI 9846，然后依托LabVIEW编写的收集程序对数据进行高速收集并加以保存。随后再使用LabVIEW编写的剖析软件对保存的信号进行处理 ，完成了级联型变频器输出特性检测剖析的功用。
四 信号收集与处理成果
测验体系使用LabVIEW虚拟仪器软件渠道建立的主控界面如图5所示，这儿以六单元级联体系为例进行剖析，别离规划了相应的毛病处理办法，经过程序规划得到不同毛病处理办法时的参阅波。这儿仅对与参阅波等效的相电压及取得的等效线电压波形进行剖析。
上述演示程序中，能够挑选三种不同的毛病处理办法，其原理在相应的选项卡标签中有扼要介绍。左边的指示灯用来表明六单元级联体系各个单元的运转状况，不亮的指示灯表明单元对应产生毛病并被屏蔽。图5中表明的是A相三个单元毛病时的作业状况，指示灯上面有体系此刻的输出才能，能够看出，在A相三个单元毛病的状况下，经过部分零序电压注入的优化调理办法，体系仍能够有挨近75%的输出才能，比传统毛病处理办法的输出才能（此刻为50%）有很大的进步。指示灯下方的区域为相电压、线电压有效值归一化后的输出，各相电压的总谐波失真以及三相线电压的相位。右侧的选项卡标签里给出的是三相相电压、线电压的输出波形及其间一相的谐波剖析。此外，程序还供给了零序电压注入的办法，用来进步直流侧电压的使用率，从而进步体系的输出才能。从运转成果能够看出，选用该种毛病处理办法后，仅屏蔽毛病的功率单元，因而三相相电压不再对称，幅值及相位均依据毛病类型做出了相应的调整，而得到的线电压仍为幅值持平、三相平衡的输出，且不含有三次谐波重量。
使用上述程序，对多种毛病的输出状况进行了比照剖析，其输出功用别离如下表所示。其间毛病类型表明三相别离剩下的正常单元数目，如（466）表明六单元级联体系三相正常作业的单元数别离为A相4个，B相6个，C相6个，总毛病单元数为2。此刻三种处理办法得到的最大输出才能别离为66.70%、76.30% 和83.40%。能够看出使用优化中点移位即部分零序电压注入的毛病处理办法，能够得到最大的体系输出。其它毛病类型时，体系输出功用也均不低于前两种处理办法。
五 定论
针对级联型变频器单元毛病时的操控问题，本文对现有的三种缺乏处理办法进行了比照剖析，并使用LabVIEW虚拟仪器软件渠道和凌华PCI-9846数字化仪建立了六单元级联型变频器输出特性测验体系，经过对三种毛病处理办法进行了测验剖析，取得了三相线电压的幅值，频率，总谐波含量，三相电压相位等首要功用目标。经过比照发现使用优化中点移位即部分零序电压注入的毛病处理办法，在毛病单元屏蔽后能够得到最大的体系输出，进步了体系的容错功用，是一种较为抱负的级联型变频器毛病处理办法。
