[發明專利]一種基于動態相量法的交?直?交變頻器建模方法

在審

• 申請號: 201710787582.6
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107563062A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 李世春;雷小林;王永;李乾坤;陶淵;李雄;康振楠;王毛毛;唐紅艷;曹潤杰;呂翔生
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本發明涉及交-直-交變頻器技術領域，特別是涉及一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法。

背景技術

目前，交-直-交變頻器系統的仿真模型中存在脈寬調制環節，但在Matlab/Simulink的PSB采用SPWM模塊會占用大量的仿真時間。這其中的原因主要包括:1)根據香農定理，采樣頻率至少2倍于載波頻率才能滿足采樣要求，因此系統的仿真步長直接受限于SPWM模塊的載波頻率；2)自然采樣法要求解復雜的超越方程，需要花費大量的計算時間。為此，在滿足精度的要求下，研究人員基于規則采樣法提出了SPWM模塊的一種等效簡化模型(肖運啟，徐大平，呂躍剛.一種基于SPWM的交-直-交型變頻器系統簡化模型[J].系統仿真學報，2008，20(8)：2185-2189.)。本發明就是基于動態相量法將交-直-交變頻器模型中的SPWM模塊進行簡化，從而可以采用大步長對系統進行仿真，減少仿真的時間，提高仿真的效率。

發明內容

本發明提供一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法，可以為交-直-交型變頻器控制系統分析設計提供一種新的快捷的仿真手段。該方法適合于對雙饋風力、水力發電機組進行系統級仿真研究等應用場合。

本發明采取的技術方案為：

一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法，包括以下步驟：

第一步:根據基爾霍夫電壓定律(KVL)，可以得到網側換流器方程式：

其中，v_No為直流電源假想中點N到三相電壓源中性點o之間的電壓，對于三相無中性線系統有若三相電網電壓不平衡或包含諧波分量，則有反之則有成立；考慮電網電壓理想對稱的情況，將(2)式中的三相電壓方程相加可以求得：

第二步：將式(3)帶入式(2)中可得到：

第三步：根據動態相量法基于頻率分解的原則，忽略直流分量和高頻分量，可以得到S_1a的基頻分量如下：

同理，可到其他兩相的開關函數的基頻分量：

其中式(5)、(6)中，m₁和δ₁分別表示網側VSC1的調制比和移相角。

第四步：將式(5)、(6)代入式4中可得到網側變換器動態相量法的數學模型如下：

根據動態相量法，將式(7)中的相量的實部和虛部分開來寫就得到了網側換流器的動態相量模型，以a相為例，如下：

一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法，

對于直流側，可得直流母線電容動態效應方程如下：

根據動態相量法，得直流側的動態相量模型，以a相為例，如下：

一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法，

對于負載側變換器，由于負載為三相對稱星型負載，根據KVL有：

其中，o′為三相對稱星型負載的中性點，且有：

根據負載側的拓撲關系有：

將式(11)各式左右累加，消除u_o′N可得：

根據動態相量法，得負載側的動態相量模型，以a相為例，如下：

一種基于動態相量法的交-直-交變頻器建模方法，系統狀態空間模型描述為：根據建立的狀態方程，得到狀態變量，輸入變量，輸出變量和參數矩陣，以a相為例，為：

其中，狀態變量X、輸入變量u以及系數矩陣A和B具體取值情況如下：

X＝[Re(I_1a(1)),Im(I_1a(1)),Re(I_2a(1)),Im(I_2a(1)),V_dc(0)]^T。

一種基于動態相量法的交-直-交變頻器開關函數模型，包括：交-直-交變頻器三相拓撲結構，該三相拓撲結構包括直流電容器C_dc、與直流電容器C_dc耦合在一起的2個三相VSC：網側換流器VSC1和負載側換流器VSC2。

左側網側變換器通過變壓器接入電網，右側負載側變換器連接三相星型連接的負載，通過直流母線實現能量的雙向流動。