[发明专利]一种两电平变流器的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及变流器建模技术领域，尤其涉及一种两电平变流器的建模方法。 

背景技术

变流器作为交流传动的核心部件是目前交流传动研究的重点之一。由于两电平变流器具有主电路拓扑结构简单，易于通过组合的方法扩大变流容量等优点，因此，在交流传动领域中的应用十分广泛。建立两电平PWM变流器快速稳定的数学模型，可为牵引系统的分析、设计和改进提供有效的手段和工具。两电平PWM变流器可以分为单相、三相及多相的拓扑结构，以三相变流器为例说明，如图1所示的三相两电平PWM变流器主电路结构示意图，三相两电平PWM变流器主电路由6个全控开关器件和6个续流二极管组成，分为三个桥臂，每个桥臂包含2个全控开关器件和2个续流二极管，其中，V1～V6是全控开关管，VD1～VD6是对应的反并联续流二极管；由V1、V2开关管和续流二极管VD1、VD2组成一个桥臂(U桥臂)，V 3、V4开关管和续流二极管VD 3、VD4组成一个桥臂(V桥臂)，剩下的开关器件组成第三个桥臂(W桥臂)。在不同PWM控制工况下，变流器各桥臂开关管与续流二极管将出现不同的导通情况，从而可使得变流器的交流、直流侧按照不同需求进行能量交换。 

目前，在实际仿真应用中主要可以采用两种方式对两电平变流器进行建模。一是直接应用仿真软件模型库中的现成模型，以MATLAB/Simulink软件为例，使用仿真工具箱SimPowerSystem中自带的变流器模块搭建两电平变流器模型。二是搭建基于变流器开关函数的数学模型，主要是分析两电平变流器的电流电压关系和死区效应等特性，利用开关函数建立变流器电压及电流模型。 

但是，利用SimPowerSystem模块库中自带的变流器模型，由于其算法复杂，计算速度慢，一般用于离线仿真，难以满足实时的仿真需要，有时甚至出现解算不准确的情况。而现有的基于开关函数的变流器模型，当变流器无脉冲触发时，由于不存在无PWM控制信号下的状态方程，使得采用现有状态方程计算后变流器输出仿真结果与真实结果不一致，且存在仿真计算发散的风险。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种两电平变流器的建模方法，以实现在有PWM控制信号或无PWM控制信号的前提下方便快捷实时的对变流器进行建模的目的。 

为实现上述目的，本发明提供了一种两电平变流器的建模方法，所述变流器中每个通用桥臂电路包括上管电路和下管电路，且所述上管电路与所述下管电路串联连接，所述上管电路由并联连接的第一开关元件和第一续流二极管组成，所述下管电路由并联连接的第二开关元件和第二续流二极管组成，所述方法包括： 

在所述通用桥臂电路两端施加输入电压，并在所述上管电路与所述下管电路的连接线上施加输入电流； 

判断所述第一开关元件与所述第二开关元件的门极是否接收到PWM控制信号； 

如果所述第一开关元件与所述第二开关元件的门极接收到PWM控制信号，则根据所述PWM控制信号与所述输入电流的方向确定所述通用桥臂电路的桥臂导通情况； 

根据所述桥臂导通情况确定所述通用桥臂电路的交流侧输出电压与直流侧输出电流； 

确定所述变流器中各个通用桥臂电路的交流侧输出电压与所述变流器的 交流侧输出电压之间的关系，并确定所述变流器中各个通用桥臂电路的直流侧输出电流与所述变流器的直流侧输出电流之间的关系。 

优选的，在上述方法中，所述PWM控制信号的模式为高低或低高或低低； 

所述根据所述PWM控制信号与所述输入电流的方向确定所述通用桥臂电路的桥臂导通情况包括： 

当所述PWM控制信号的模式为高低且所述输入电流大于等于零时，所述第一续流二极管导通，以确定所述上管电路导通； 

当所述PWM控制信号的模式为高低且所述输入电流小于零时，所述第一开关元件导通，以确定所述上管电路导通； 

当所述PWM控制信号的模式为低高且所述输入电流大于等于零时，所述第二开关元件导通，以确定所述下管电路导通； 

当所述PWM控制信号的模式为低高且所述输入电流小于零时，所述第二续流二极管导通，以确定所述下管电路导通； 

当所述PWM控制信号的模式为低低且所述输入电流大于等于零时，所述第一续流二极管导通，以确定所述上管电路导通； 

当所述PWM控制信号的模式为低低且所述输入电流小于零时，所述第二续流二极管导通，以确定所述下管电路导通。 

优选的，在上述方法中，所述根据所述桥臂导通状态确定所述通用桥臂电路的交流侧输出电压与直流侧输出电流包括：