[發明專利]單相橋式三電平整流器的建模方法

有效

• 申請號: 201210192685.5
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102710153A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 譚娟;張宇;王堅;李江紅;應婷;陳柳松
• 申請（專利權）人: 南車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及整流器的建模技術領域，更具體地說，涉及一種單相橋式三電平整流器的建模方法。

背景技術

目前，隨著科技的進步，交流傳動成為了鐵道牽引傳動發展的一個重要方向，作為交流傳動的核心器件為主要包括整流器、中間直流環節和逆變器的交直交變流器，其中整流器為目前交流傳動研究的重點之一。

在交流傳動主電路中常見的整流器主要有單相橋式兩電平整流器和單相橋式三電平整流器，相對單相橋式兩電平整流器，單相橋式三電平整流器具有減少電磁干擾、減少功率開關管電壓強度、降低開關頻率、使得輸入端電流更接近正弦和諧波含量顯著減少等優點。因此，單相橋式三電平整流器在交流傳動領域中的應用越來越廣泛。若能提供單相橋式三電平整流器快速穩定的建模方法，將為牽引系統的分析、設計和改進提供有效的手段和工具。

目前，單相橋式三電平整流器通常采用利用MATLAB仿真的SimPowerSystem模塊庫中自帶的變流器模塊搭建單相橋式三電平整流器的建模方法和開關函數建模方法。

但是，由于利用MATLAB仿真的SimPowerSystem模塊庫中自帶的變流器的三電平逆變器模型模擬了很多整流器的細節，往往用于離線仿真，在系統實時仿真的情況下，這種建模方法過于細致不能達到系統仿真速度快的要求，并且在實時仿真中還容易遇到無法下載和算法不準的問題。

運用開關函數建模方法來完成單相橋式三電平整流器的建模方法，由于在狀態方程中需要與網側電路、直流側回路的電氣量建立聯系，人為將整流器的數學模型和網側電路和中間回路的數學模型耦合在一起，這將不利于整流器模型靈活運用在各類交流傳動主電路拓撲架構中；同時，由于狀態方程在求解的過程中受解算方法的限制，甚至由于算法選取不當，將會導致狀態變量求解發散；并且，該方法沒有考慮對不控整流的模擬，不利于整流器建模的完整性和真實性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種單相橋式三電平整流器的建模方法，以實現步驟簡單、計算量小且方便快捷的對單相橋式三電平整流器進行建模。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種單相橋式三電平整流器的建模方法，包括：

判斷整流器的輸入側中是否有PWM控制信號輸入；

若有，則根據所述整流器第一橋臂和第二橋臂的PWM控制信號的模式和所述整流器的輸入側中輸入電流的電流方向，得出所述整流器橋臂的導通情況，并根據所述橋臂的導通情況歸納出：

所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位、第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位以及所述整流器輸出的交流側電壓的關系；

所述整流器的第一橋臂的上橋臂電流、第二橋臂的上橋臂電流以及所述整流器的上橋臂電流的關系；

所述整流器的第一橋臂的下橋臂電流、第二橋臂的下橋臂電流以及所述整流器的下橋臂電流的關系；

反之，則比較所述整流器的網側電壓和所述整流器的直流側中間電壓的大小，得出所述整流器中二極管的導通情況，并根據所述整流器中二極管的導通情況歸納出：

所述整流器的交流側電壓和所述整流器的直流側中間電壓的關系；

所述整流器的交流側電流和所述整流器的中間電流的關系。

優選地，所述整流器的PWM控制信號的模式為“高高低低”、“低高低低”、“低高高低”、“低低高低”或者“低低高高”。

優選地，所述整流器的輸入側中輸入電流的電流方向為大于等于零方向或小于零方向。

優選地，所述歸納所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位、第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位以及整流器輸出的交流側電壓的關系具體為：

根據輸入的不同的PWM控制信號和所述整流器的輸入側中輸入電流的電流方向，得出所述整流器第一橋臂和第二橋臂的導通情況；

根據所述整流器第一橋臂和第二橋臂的導通情況，檢測出所述整流器輸出的交流側電壓值、所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位值以及第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位值；

比較檢測出的所述整流器輸出的交流側電壓值、所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位值以及第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位值確定所述整流器輸出的交流側電壓、所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位以及第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位的關系。

優選地，所述整流器的第一橋臂輸入點相對于中點的輸出電位、第二橋臂輸入點相對于中點的輸出電位以及所述整流器輸出的交流側電壓的關系為：