[發明專利]一種兩電平變流器的建模方法

有效

• 申請號: 201210410489.0
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102930093A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 張宇;譚娟;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: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 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

本發明涉及變流器建模技術領域，尤其涉及一種兩電平變流器的建模方法。?

背景技術

變流器作為交流傳動的核心部件是目前交流傳動研究的重點之一。由于兩電平變流器具有主電路拓撲結構簡單，易于通過組合的方法擴大變流容量等優點，因此，在交流傳動領域中的應用十分廣泛。建立兩電平PWM變流器快速穩定的數學模型，可為牽引系統的分析、設計和改進提供有效的手段和工具。兩電平PWM變流器可以分為單相、三相及多相的拓撲結構，以三相變流器為例說明，如圖1所示的三相兩電平PWM變流器主電路結構示意圖，三相兩電平PWM變流器主電路由6個全控開關器件和6個續流二極管組成，分為三個橋臂，每個橋臂包含2個全控開關器件和2個續流二極管，其中，V1～V6是全控開關管，VD1～VD6是對應的反并聯續流二極管；由V1、V2開關管和續流二極管VD1、VD2組成一個橋臂(U橋臂)，V?3、V4開關管和續流二極管VD?3、VD4組成一個橋臂(V橋臂)，剩下的開關器件組成第三個橋臂(W橋臂)。在不同PWM控制工況下，變流器各橋臂開關管與續流二極管將出現不同的導通情況，從而可使得變流器的交流、直流側按照不同需求進行能量交換。?

目前，在實際仿真應用中主要可以采用兩種方式對兩電平變流器進行建模。一是直接應用仿真軟件模型庫中的現成模型，以MATLAB/Simulink軟件為例，使用仿真工具箱SimPowerSystem中自帶的變流器模塊搭建兩電平變流器模型。二是搭建基于變流器開關函數的數學模型，主要是分析兩電平變流器的電流電壓關系和死區效應等特性，利用開關函數建立變流器電壓及電流模型。?

但是，利用SimPowerSystem模塊庫中自帶的變流器模型，由于其算法復雜，計算速度慢，一般用于離線仿真，難以滿足實時的仿真需要，有時甚至出現解算不準確的情況。而現有的基于開關函數的變流器模型，當變流器無脈沖觸發時，由于不存在無PWM控制信號下的狀態方程，使得采用現有狀態方程計算后變流器輸出仿真結果與真實結果不一致，且存在仿真計算發散的風險。?

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種兩電平變流器的建模方法，以實現在有PWM控制信號或無PWM控制信號的前提下方便快捷實時的對變流器進行建模的目的。?

為實現上述目的，本發明提供了一種兩電平變流器的建模方法，所述變流器中每個通用橋臂電路包括上管電路和下管電路，且所述上管電路與所述下管電路串聯連接，所述上管電路由并聯連接的第一開關元件和第一續流二極管組成，所述下管電路由并聯連接的第二開關元件和第二續流二極管組成，所述方法包括：?

在所述通用橋臂電路兩端施加輸入電壓，并在所述上管電路與所述下管電路的連接線上施加輸入電流；?

判斷所述第一開關元件與所述第二開關元件的門極是否接收到PWM控制信號；?

如果所述第一開關元件與所述第二開關元件的門極接收到PWM控制信號，則根據所述PWM控制信號與所述輸入電流的方向確定所述通用橋臂電路的橋臂導通情況；?

根據所述橋臂導通情況確定所述通用橋臂電路的交流側輸出電壓與直流側輸出電流；?

確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側輸出電壓與所述變流器的?交流側輸出電壓之間的關系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側輸出電流與所述變流器的直流側輸出電流之間的關系。?

優選的，在上述方法中，所述PWM控制信號的模式為高低或低高或低低；?

所述根據所述PWM控制信號與所述輸入電流的方向確定所述通用橋臂電路的橋臂導通情況包括：?

當所述PWM控制信號的模式為高低且所述輸入電流大于等于零時，所述第一續流二極管導通，以確定所述上管電路導通；?

當所述PWM控制信號的模式為高低且所述輸入電流小于零時，所述第一開關元件導通，以確定所述上管電路導通；?

當所述PWM控制信號的模式為低高且所述輸入電流大于等于零時，所述第二開關元件導通，以確定所述下管電路導通；?

當所述PWM控制信號的模式為低高且所述輸入電流小于零時，所述第二續流二極管導通，以確定所述下管電路導通；?

當所述PWM控制信號的模式為低低且所述輸入電流大于等于零時，所述第一續流二極管導通，以確定所述上管電路導通；?

當所述PWM控制信號的模式為低低且所述輸入電流小于零時，所述第二續流二極管導通，以確定所述下管電路導通。?

優選的，在上述方法中，所述根據所述橋臂導通狀態確定所述通用橋臂電路的交流側輸出電壓與直流側輸出電流包括：?