基于PCI-9846高速数字化仪的变频器输出性能测试系统
针对这一问题，文献[2]提出了一种简易的参考波形生成方法，采用这种参考波形替代正弦波用于逆变单元控制，在不改变原有故障处理方式的情况下，可以充分利用各单元的输出能力，提升系统的整体输出，减小故障对负载的影响。这种方法简单易行，对于基于载波的控制系统中，只需要根据故障类型改变参考波的形状即可，在现有故障处理方式的基础上无需做出很大变动即可实现。与中性点偏移方法相比，无需计算偏移角度。
以六单元级联系统为例，当A相一个单元故障时，三种故障处理方式的原理及输出情况对比如图3所示。
三 基于LabVIEW和 PCI-9846的测试系统设计
为了验证分析级联型变频器上述三种故障处理方法的输出性能，利用LabVIEW虚拟仪器软件平台和凌华PCI-9846高速数字化仪搭建了测试系统。LabVIEW采用图形化系统设计理念以及独特的并行数据流特征，在主控界面搭建、故障处理方法设计、信号采集与处理以及电压信号性能分析等方面具有明显的优势。由于级联型变频器等效的输出相电压开关频率为每个开关器件开关频率的若干倍，输出电压谐波分布在较高频段，因此变频器输出特性分析系统对数据采集设备的采样率要求较高，普通的数据采集设备难以满足如此高的采样要求。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、兼容性好等优点,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,并能实现四通道同时采样，在对高频信号的采集上具有很大的优势,非常适合对级联型变频器三相输出高频信号的采集和处理。凌华科技同样提供针对LabVIEW的驱动程序，无需过多考虑兼容性问题，缩短了系统开发时间。
基于LabVIEW虚拟仪器软件平台和凌华PCI-9846数字化仪的级联型变频器输出特性测试系统原理框图如图4所示。
其中在PC中通过LabVIEW虚拟仪器软件编程，根据上述三种故障处理方式的工作原理，实现相应的控制方案，产生相应的控制信号。产生的开关器件控制信号经数据输出设备输出，由信号调理电路处理后送至级联型变频器实验装置使设备工作。输出电压经传感器送至PCI 9846，然后依靠LabVIEW编写的采集程序对数据进行高速采集并加以保存。随后再利用LabVIEW编写的分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分析的功能。
四 信号采集与处理结果
测试系统利用LabVIEW虚拟仪器软件平台搭建的主控界面如图5所示，这里以六单元级联系统为例进行分析，分别设计了相应的故障处理方法，通过程序设计得到不同故障处理方法时的参考波。这里仅对与参考波等效的相电压及获得的等效线电压波形进行分析。
图5 测试系统主控界面
上述演示程序中，可以选择三种不同的故障处理方法，其原理在相应的选项卡标签中有简要介绍。左侧的指示灯用来表示六单元级联系统各个单元的运行状态，不亮的指示灯表示单元对应发生故障并被屏蔽。图5中表示的是A相三个单元故障时的工作情况，指示灯上面有系统此时的输出能力，可以看出，在A相三个单元故障的情况下，通过部分零序电压注入的优化调节方式，系统仍能够有接近75%的输出能力，比传统故障处理方式的输出能力(此时为50%)有很大的提高。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中一相的谐波分析。此外，程序还提供了零序电压注入的方式，用来提高直流侧电压的利用率，进而提高系统的输出能力。从运行结果可以看出，采用该种故障处理方式后，仅屏蔽故障的功率单元，因此三相相电压不再对称，幅值及相位均根据故障类型做出了相应的调整，而得到的线电压仍为幅值相等、三相平衡的输出，且不含有三次谐波分量。
利用上述程序，对多种故障的输出情况进行了对比分析，其输出性能分别如下表所示。其中故障类型表示三相分别剩余的正常单元数目，如(466)表示六单元级联系统三相正常工作的单元数分别为A相4个，B相6个，C相6个，总故障单元数为2。此时三种处理方法得到的最大输出能力分别为66.70%、76.30% 和83.40%。可以看出利用优化中点移位即部分零序电压注入的故障处理方式，可以得到最大的系统输出。其它故障类型时，系统输出性能也均不低于前两种处理方式。
五 结论
针对级联型变频器单元故障时的控制问题，本文对现有的三种不足处理方式进行了对比分析，并利用LabVIEW虚拟仪器软件平台和凌华PCI-9846数字化仪搭建了六单元级联型变频器输出特性测试系统，通过对三种故障处理方式进行了测试分析，获得了三相线电压的幅值，频率，总谐波含量，三相电压相位等主要性能指标。通过对比发现利用优化中点移位即部分零序电压注入的故障处理方式，在故障单元屏蔽后可以得到最大的系统输出，提高了系统的容错性能，是一种较为理想的级联型变频器故障处理方式。
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