[發(fā)明專利]基于動(dòng)態(tài)相量法的數(shù)字移相調(diào)制器小信號(hào)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710440955.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107391791B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙劍鋒;樂(lè)越;高鐵峰;曹武;尤鋆;許勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/32
• 分類號(hào): G06F30/32;G06F30/3308;H02J3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于動(dòng)態(tài)相量法的數(shù)字移相調(diào)制器小信號(hào)建模方法，包括(1)確定數(shù)字移相調(diào)制器輸入及輸出信號(hào)；(2)利用動(dòng)態(tài)相量法將輸入輸出信號(hào)進(jìn)行分解，推導(dǎo)輸入擾動(dòng)情況下輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)相量的任意次諧波分量的通用表達(dá)式；(3)列寫(xiě)輸出信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式，對(duì)其進(jìn)行廣義動(dòng)態(tài)相量分解，保留其主導(dǎo)諧波成分，忽略其他諧波分量；(4)對(duì)輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)相量進(jìn)行小信號(hào)擾動(dòng)及一階泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，寫(xiě)成通用表達(dá)式形式，得到數(shù)字移相調(diào)制器指令值與移相角之間的小信號(hào)傳遞函數(shù)。本發(fā)明揭示了數(shù)字移相調(diào)制器的小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性，方法簡(jiǎn)潔易于實(shí)現(xiàn)，為數(shù)字控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)及有效技術(shù)支撐，具有可行性和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動(dòng)態(tài)相量法的數(shù)字移相調(diào)制器小信號(hào)建模方法。

背景技術(shù)

電力電子變換器具有強(qiáng)非線性特點(diǎn)，對(duì)頻率變化極為敏感，因此控制方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。在電力電子變換器控制系統(tǒng)中，電壓閉環(huán)控制是一種常見(jiàn)的控制方法，將輸出電壓采樣值和參考值進(jìn)行比較后輸入至電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器一般采用PI控制器，其輸出作為后級(jí)調(diào)制器的指令值。當(dāng)采用移相控制時(shí)，移相調(diào)制器根據(jù)指令值和特定的移相調(diào)制方式調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的移相角，通過(guò)移相角實(shí)現(xiàn)對(duì)變換器輸出電壓的控制。當(dāng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)，采樣數(shù)據(jù)處理、電壓調(diào)節(jié)器、移相調(diào)制器等部分可通過(guò)DSP或FPGA完成。

建立系統(tǒng)小信號(hào)模型是設(shè)計(jì)控制器參數(shù)的前提條件。對(duì)于數(shù)字移相調(diào)制器，在調(diào)制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生附加的小信號(hào)動(dòng)態(tài)過(guò)程。此時(shí)不能將其等效為一個(gè)增益固定的運(yùn)算放大器的形式，而應(yīng)該將其視作整個(gè)環(huán)路中單獨(dú)的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)其小信號(hào)特性進(jìn)行研究，為控制參數(shù)設(shè)計(jì)提供相關(guān)理論基礎(chǔ)及依據(jù)。

在電力電子技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，可控器件的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在一些要求開(kāi)關(guān)動(dòng)作迅速的情況下，電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性就混雜了一些動(dòng)態(tài)變化量和離散變化量，這是時(shí)域分析不能具體揭示原理的變化量，并且，雖然時(shí)域分析能夠準(zhǔn)確描述電路的變化，但是開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的非線性過(guò)程會(huì)使時(shí)域分析比較復(fù)雜，因此有必要引入動(dòng)態(tài)相量法對(duì)電力電子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)相量法建模含義是對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行傅里葉分解，取級(jí)數(shù)中諧波次數(shù)較低的級(jí)數(shù)來(lái)近似原始波形，進(jìn)而對(duì)所分析電路進(jìn)行建模的方法。

動(dòng)態(tài)相量法(Dynamic Phasor)，也被稱為廣義狀態(tài)空間平均法(GeneralizedState-space Averaging Method，GSSA)，最早由Sanders于1991年提出。早期的動(dòng)態(tài)相量法被用于諧振逆變電路和高頻電路的分析和建模。以Stankovic為代表的國(guó)外研究人員將動(dòng)態(tài)相量法應(yīng)用發(fā)展到多種方向和領(lǐng)域的研究。近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多專家也開(kāi)始研究動(dòng)態(tài)相量法在電力系統(tǒng)和電力電子電路中的應(yīng)用，動(dòng)態(tài)相量法的廣泛應(yīng)用說(shuō)明了動(dòng)態(tài)相量法具有仿真速度快、結(jié)果精度高等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于動(dòng)態(tài)相量法的數(shù)字移相調(diào)制器小信號(hào)建模方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于動(dòng)態(tài)相量法的數(shù)字移相調(diào)制器小信號(hào)建模方法，具體包括以下步驟：

(1)確定數(shù)字移相調(diào)制器的輸入輸出信號(hào)；

(2)將輸入輸出信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)相量分解，推導(dǎo)輸入擾動(dòng)情況下輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)相量的任意次諧波分量的通用表達(dá)式；

(3)列寫(xiě)輸出信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式，對(duì)其進(jìn)行廣義動(dòng)態(tài)相量分解，保留其主導(dǎo)諧波成分，忽略其他諧波分量；

(4)對(duì)輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)相量進(jìn)行小信號(hào)擾動(dòng)及一階泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，寫(xiě)成通用表達(dá)式形式，得到移相調(diào)制器指令值與移相角之間的小信號(hào)傳遞函數(shù)。

步驟(1)具體包括：

輸入信號(hào)為移相角指令值，輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)；