專利名稱：一種兩電平變流器的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變流器建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兩電平變流器的建模方法。
背景技術(shù)：
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(diǎn)之一。由于兩電平變流器具有主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，易于通過組合的方法擴(kuò)大變流容量等優(yōu)點(diǎn)，因此，在交流傳動領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。建立兩電平PWM變流器快速穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型，可為牽引系統(tǒng)的分析、設(shè)計和改進(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以三相變流器為例說明，如圖I所示的三相兩電平PWM變流器主電路結(jié)構(gòu)示意圖，三相兩電平PWM變流器主電路由6個全控開關(guān)器件和6個續(xù)流二極管組成，分為三個橋臂，每個橋臂包含2個全控開關(guān)器件和2個續(xù)流二極管，其中，Vl V6是全控開關(guān)管，VDl VD6是對應(yīng)的反并聯(lián)續(xù)流二極管；由VI、V2開關(guān)管和續(xù)流二極管VD1、VD2組成一個橋臂(U 橋臂)，V 3、V4開關(guān)管和續(xù)流二極管VD 3、VD4組成一個橋臂(V橋臂)，剩下的開關(guān)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(guān)管與續(xù)流二極管將出現(xiàn)不同的導(dǎo)通情況，從而可使得變流器的交流、直流側(cè)按照不同需求進(jìn)行能量交換。目前，在實(shí)際仿真應(yīng)用中主要可以采用兩種方式對兩電平變流器進(jìn)行建模。一是直接應(yīng)用仿真軟件模型庫中的現(xiàn)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(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，主要是分析兩電平變流器的電流電壓關(guān)系和死區(qū)效應(yīng)等特性，利用開關(guān)函數(shù)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(fù)雜，計算速度慢，一般用于離線仿真，難以滿足實(shí)時的仿真需要，有時甚至出現(xiàn)解算不準(zhǔn)確的情況。而現(xiàn)有的基于開關(guān)函數(shù)的變流器模型，當(dāng)變流器無脈沖觸發(fā)時，由于不存在無PWM控制信號下的狀態(tài)方程，使得采用現(xiàn)有狀態(tài)方程計算后變流器輸出仿真結(jié)果與真實(shí)結(jié)果不一致，且存在仿真計算發(fā)散的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)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(shí)現(xiàn)在有PWM控制信號或無PWM控制信號的前提下方便快捷實(shí)時的對變流器進(jìn)行建模的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(lián)連接，所述上管電路由并聯(lián)連接的第一開關(guān)元件和第一續(xù)流二極管組成，所述下管電路由并聯(lián)連接的第二開關(guān)元件和第二續(xù)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(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極是否接收到PWM控制信號；
如果所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極接收到PWM控制信號，則根據(jù)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(dǎo)通情況；根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通情況確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流；確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系。優(yōu)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(jù)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(dǎo)通情況包括 當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通；當(dāng)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(guān)元件導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通；當(dāng)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(guān)元件導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通；當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通；當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通；當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通。優(yōu)選的，在上述方法中，所述根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通狀態(tài)確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流包括如果所述上管電路導(dǎo)通，則確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓為所述輸入電壓，并確定所述通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流為所述輸入電流；如果所述下管電路導(dǎo)通，則確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流均為零。優(yōu)選的，在上述方法中，所述方法還包括如果所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極未接收到PWM控制信號，則根據(jù)流經(jīng)所述上管電路的第一電流與流經(jīng)所述下管電路的第二電流確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流。優(yōu)選的，在上述方法中，所述根據(jù)流經(jīng)所述上管電路的第一電流與流經(jīng)所述下管電路的第二電流確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流包括根據(jù)公式二匕(1)計算上一時刻流經(jīng)所述上管電路的第一電流iu(1)，
^H(I)十 #2(t)
并根據(jù)公式計算上一時刻流經(jīng)所述下管電路的第二電流id(1)，其中， ^un ^2(1}
Iin(I)為上一時刻的輸入電流，Udc⑴為上一時刻的輸入電壓，R1(1)為上一時刻上管電路的等效電阻，R2(1)為上一時刻下管電路的等效電阻；判斷上一時刻所述第一電流與所述第二電流的極性；根據(jù)所述極性確定當(dāng)前時刻所述上管電路的等效電阻與所述下管電路的等效電阻；根據(jù)公式Uin = Udc(2)+iu(2)*R1(2)計算當(dāng)前時刻所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓Uin，并根據(jù)公式id。= iu(2)計算當(dāng)前時刻所述通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流id。，其中，
jJ
4(2) 二 lmiI 2i2]~ dc(2)，iu(2)為當(dāng)前時刻流經(jīng)所述上管電路的第一電流，iin(2)為當(dāng)前時刻的
itI(S)十 ^2(2)
輸入電流，Ud。⑵為當(dāng)前時刻的輸入電壓，R1 (2)為當(dāng)前時刻所述上管電路的等效電阻，R2⑵為當(dāng)前時刻所述下管電路的等效電阻。優(yōu)選的，在上述方法中，當(dāng)所述第一續(xù)流二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻；當(dāng)所述第一續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管截止時的等效電阻；當(dāng)所述第二續(xù)流二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻；當(dāng)所述第二續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管截止時的等效電阻。優(yōu)選的，在上述方法中，所述根據(jù)所述極性確定所述上管電路的等效電阻與所述下管電路的等效電阻包括當(dāng)所述第一電流的極性為正時，確定所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻；當(dāng)所述第一電流的極性為負(fù)時，確定所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管截止時的等效電阻；當(dāng)所述第二電流的極性為正時，確定所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)截止的等效電阻；當(dāng)所述第二電流的極性為負(fù)時，確定所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻。優(yōu)選的，在上述方法中，所述確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系包括如果所述變流器具有N個通用橋臂電路，則各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓分別為 Uin(l)、Uin⑵、…Uin(N)， 直務(wù)iL·側(cè)細(xì)出電分力ij為i(k(i)、i(kte)、…id。(W，其中,I，N為整數(shù)；根據(jù)公式Uu = uin(i)-uin(J)計算所述變流器第i個通用橋臂電路與第j個通用橋
臂電路間的交流側(cè)輸出電壓Uij,其中，i = 1,2......N, j = 1,2......N,且i關(guān)j, uin(i)為
第i個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓，uin(J)為第j個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓；根據(jù)公式4計算所述變流器直流側(cè)輸出電流Id。，其中，i = 1，2......N，idc(i)為第i個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流。本發(fā)明一種兩電平變流器的建模方法，根據(jù)兩電平變流器不同工況各開關(guān)管的導(dǎo)通情況，分別獲取變流器中單個橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流，利用每個橋臂輸出的電壓電流信號，確定整體兩電平變流器的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)整體輸出電流，該方法通過分析兩電平變流器的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮建模難度、可移植性和復(fù)用性，針對兩電平變流器的單個橋臂電路進(jìn)行建模，而后再根據(jù)變流器的電氣拓?fù)浣M合變流器模型。該建模方法原理清晰直觀，易于理解，實(shí)現(xiàn)步驟簡單，計算量小，實(shí)時性高；由于建立通用橋臂模型即單個橋臂的模型，可靈活的由其組合建立各種結(jié)構(gòu)的兩電平變流器的模型，同時由于是基于變流器本體建模，從而也實(shí)現(xiàn)了與其他關(guān)聯(lián)器件(如變壓器、電機(jī)等)的解率禹。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為三相兩電平PWM變流器主電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明通用橋臂電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明兩電平變流器的建模方法的實(shí)施例I的流程示意圖；圖4為本發(fā)明不同控制信號模式下變流器橋臂導(dǎo)通情況；圖5為本發(fā)明不同導(dǎo)通模式下通用橋臂電路的輸出電壓電流；圖6為本發(fā)明兩電平變流器建模方法的實(shí)施例2的流程示意圖；圖7為本發(fā)明無脈沖條件下單個橋臂電路等效圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明基于兩電平變流器的工作原理，分析變流器電路拓?fù)涞膶ΨQ性，通過實(shí)時在線控制獲取開關(guān)管的導(dǎo)通情況，建立通用橋臂模型即變流器中的單個橋臂電路的模型，針對不同的工作狀態(tài)(有PWM脈沖、無PWM脈沖)并利用單個橋臂電路的輸出結(jié)果對變流器進(jìn)行建模。一方面根據(jù)現(xiàn)有變流器對通用橋臂進(jìn)行靈活組合，實(shí)現(xiàn)對單相、三相與多相變流器的模擬；另一方面，可以真實(shí)模擬變流器無控制脈沖的工況，并避免了模型解算發(fā)散等問題。同時，基于該原理的變流器模型實(shí)現(xiàn)了與周邊其他電路元件模型的解耦與分割，應(yīng)用更為靈活，有利于系統(tǒng)仿真的模塊化建模，可為牽引系統(tǒng)的分析、設(shè)計和改進(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。分析兩電平變流器的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性，可以得出每個橋臂的開關(guān)管工作原理均相同，并且在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上僅僅是橋臂數(shù)量的區(qū)別，即單相變流器的橋臂數(shù)為2個，三相變流器的橋臂數(shù)為3個，N相變流器的橋臂數(shù)為N個。為降低建模難度，提高可移植性和復(fù)用性，可先針對單個橋臂建立通用橋臂模型，然后根據(jù)實(shí)際變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時組合建模。參見圖2所示的通用橋臂電路結(jié)構(gòu)示意圖，所述變流器中每個通用橋臂電路包括上管電路I和下管電路2，且所述上管電路I與所述下管電路2串聯(lián)連接，所述上管電路I由并聯(lián)連接的第一開關(guān)元件Vl和第一續(xù)流二極管VDl組成，所述下管電路2由并聯(lián)連接的第二開關(guān)元件V2和第二續(xù)流二極管VD2組成。參見圖2所示的通用橋臂電路結(jié)構(gòu)示意圖，以及圖3所示的一種兩電平變流器的建模方法的實(shí)施例I的流程示意圖，所述方法包括步驟301 :在所述通用橋臂電路兩端施加輸入電壓Ud。，并在所述上管電路I與所述下管電路2的連接線上施加輸入電流iin。 步驟302 :判斷所述第一開關(guān)元件Vl與所述第二開關(guān)元件V2的門極是否接收到PWM控制信號。步驟303 :如果所述第一開關(guān)元件Vl與所述第二開關(guān)元件V2的門極接收到PWM控制信號，則根據(jù)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(dǎo)通情況。當(dāng)存在PWM控制信號，且在兩電平變流器單個橋臂電路正常工作并考慮死區(qū)情況下，共存在3種PWM控制信號模式，所述PWM控制信號的模式為10 (高低)或01 (低高)或00(低低)，即10表示Vl觸發(fā)脈沖為高電平，V2觸發(fā)脈沖為低電平、01表示Vl觸發(fā)脈沖為低電平，V2觸發(fā)脈沖為高電平、00表示Vl觸發(fā)脈沖為低電平，V2觸發(fā)脈沖為低電平；PWM控制信號對應(yīng)開關(guān)元件VI、V2的開關(guān)信號，I為導(dǎo)通，O為截止。根據(jù)橋臂交流側(cè)輸入電流iin的方向以及PWM控制信號的模式，可出現(xiàn)兩種橋臂導(dǎo)通模式。在步驟303中，所述根據(jù)所述PWM控制信號與所述輸入電流確定所述通用橋臂電路的橋臂導(dǎo)通情況(參見圖4所示的不同控制信號模式下變流器橋臂導(dǎo)通情況)具體包括I、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為高低且所述輸入電流iin大于等于零時，所述第一續(xù)流二極管VDl導(dǎo)通，以確定所述上管電路I導(dǎo)通；2、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為高低且所述輸入電流iin小于零時，所述第一開關(guān)元件Vl導(dǎo)通，以確定所述上管電路I導(dǎo)通；3、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為低高且所述輸入電流iin大于等于零時，所述第二開關(guān)元件V2導(dǎo)通，以確定所述下管電路2導(dǎo)通；4、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為低高且所述輸入電流iin小于零時，所述第二續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通，以確定所述下管電路2導(dǎo)通；5、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為低低且所述輸入電流iin大于等于零時，所述第一續(xù)流二極管VDl導(dǎo)通，以確定所述上管電路I導(dǎo)通；6、當(dāng)所述PWM控制信號的模式為低低且所述輸入電流iin小于零時，所述第二續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通，以確定所述下管電路2導(dǎo)通。步驟304 :根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通情況確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流。歸納以上管導(dǎo)通情況，可分為兩種導(dǎo)通模式，即上管電路導(dǎo)通或是下管電路導(dǎo)通?？筛鶕?jù)導(dǎo)通模式得出通用橋臂電路交流側(cè)輸出電壓、直流側(cè)輸出電流。參見圖5所示的不同導(dǎo)通模式下通用橋臂電路的輸出電壓電流，具體為如果所述上管電路I導(dǎo)通，則通用橋臂電路的電流輸入點(diǎn)“in”處與所述輸入電壓Udc正極“ + ”處等電位，可確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓Uin為所述輸入電壓Udc,并確定所述通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流id。為所述輸入電流iin ;如果所述下管電路2導(dǎo)通，則通用橋臂電路的電流輸入點(diǎn)“in”處與所述輸入電壓Ud。負(fù)極“O”處等電位，可確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓Uin與直流側(cè)輸出電流id。均為零。步驟305 :確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系。本發(fā)明一種兩電平變流器的建模方法，根據(jù)兩電平變流器不同工況各開關(guān)管的導(dǎo)通情況，分別獲取變流器中單個橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流，利用每個橋臂輸出的電壓電流信號，確定整體兩電平變流器的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)整體輸出 電流，該方法通過分析兩電平變流器的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮建模難度、可移植性和復(fù)用性，針對兩電平變流器的單個橋臂電路進(jìn)行建模，而后再根據(jù)變流器的電氣拓?fù)浣M合變流器模型。該建模方法原理清晰直觀，易于理解，實(shí)現(xiàn)步驟簡單，計算量小，實(shí)時性高；由于建立通用橋臂模型即單個橋臂的模型，可靈活的由其組合建立各種結(jié)構(gòu)的兩電平變流器的模型，同時由于是基于變流器本體建模，從而也實(shí)現(xiàn)了與其他關(guān)聯(lián)器件(如變壓器、電機(jī)等)的解率禹。參見圖6所示，圖6為本發(fā)明提供的一種兩電平變流器的建模方法的實(shí)施例2的流程示意圖，所述方法包括步驟601 :在所述通用橋臂電路兩端施加輸入電壓Ud。，并在所述上管電路I與所述下管電路2的連接線上施加輸入電流iin。步驟602 :判斷所述第一開關(guān)元件Vl與所述第二開關(guān)元件V2的門極是否接收到PWM控制信號，如果是，則執(zhí)行步驟603，如果否，則執(zhí)行步驟605。步驟603 :根據(jù)所述PWM控制信號與所述輸入電流iin的方向確定所述通用橋臂電路的橋臂導(dǎo)通情況。步驟604 :根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通情況確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流，執(zhí)行步驟606。步驟605 :根據(jù)流經(jīng)所述上管電路I的第一電流與流經(jīng)所述下管電路2的第二電流確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流，執(zhí)行步驟606。參見圖7所示，圖7為本發(fā)明提供的無脈沖條件下通用橋臂電路等效示意圖，當(dāng)變流器所有元件均沒有接收到PWM脈沖控制信號時，變流器僅依靠續(xù)流二極管工作，此時，變流器的單個橋臂電路退化成了圖7所示的左邊半圖的形式，這里忽略續(xù)流二極管的非線性特性，設(shè)VDl的等效電阻為R1，設(shè)VD2的等效電阻為R2，如圖7所示的右邊半圖。顯然，R1與R2在續(xù)流二極管導(dǎo)通時，取很小值，在續(xù)流二極管截止時，取值很大。本發(fā)明忽略各續(xù)流二極管間的差異，定義續(xù)流二極管導(dǎo)通時Ri = R2 = Rtm，定義續(xù)流二極管截止時Ri = R2 =Roff。所以，當(dāng)所述第一續(xù)流二極管VDl處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述上管電路I的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管VDl導(dǎo)通時的等效電阻即R1 = Ron ;當(dāng)所述第一續(xù)流二極管VDl處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述上管電路I的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管VDl截止時的等效電阻即R1 = Roff ;當(dāng)所述第二續(xù)流二極管VD2處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述下管電路2的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通時的等效電阻即R2 = Rm ;當(dāng)所述第二續(xù)流二極管VD2處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述下管電路2的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管VD2截止時的等效電阻即R2 =Roff0在圖7所示的右邊半圖中，根據(jù)基爾霍夫定律，可列寫各電量的關(guān)系如下
權(quán)利要求
1.一種兩電平變流器的建模方法，其特征在于，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(lián)連接，所述上管電路由并聯(lián)連接的第一開關(guān)元件和第一續(xù)流二極管組成，所述下管電路由并聯(lián)連接的第二開關(guān)元件和第二續(xù)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(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極是否接收到PWM控制信號； 如果所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極接收到PWM控制信號，則根據(jù)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(dǎo)通情況； 根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通情況確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流； 確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述PWM控制信號的模式為高低或低高或低低； 所述根據(jù)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(dǎo)通情況包括 當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通； 當(dāng)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(guān)元件導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通； 當(dāng)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(guān)元件導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通； 當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通； 當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述上管電路導(dǎo)通； 當(dāng)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(xù)流二極管導(dǎo)通，以確定所述下管電路導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通狀態(tài)確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流包括 如果所述上管電路導(dǎo)通，則確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓為所述輸入電壓，并確定所述通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流為所述輸入電流； 如果所述下管電路導(dǎo)通，則確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流均為零。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 如果所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極未接收到PWM控制信號，則根據(jù)流經(jīng)所述上管電路的第一電流與流經(jīng)所述下管電路的第二電流確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)流經(jīng)所述上管電路的第一電流與流經(jīng)所述下管電路的第二電流確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流包括 根據(jù)公式
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第一續(xù)流二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻； 當(dāng)所述第一續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管截止時的等效電阻； 當(dāng)所述第二續(xù)流二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻； 當(dāng)所述第二續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管截止時的等效電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述極性確定所述上管電路的等效電阻與所述下管電路的等效電阻包括 當(dāng)所述第一電流的極性為正時，確定所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻； 當(dāng)所述第一電流的極性為負(fù)時，確定所述上管電路的等效電阻為所述第一續(xù)流二極管截止時的等效電阻； 當(dāng)所述第二電流的極性為正時，確定所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)截止的等效電阻； 當(dāng)所述第二電流的極性為負(fù)時，確定所述下管電路的等效電阻為所述第二續(xù)流二極管導(dǎo)通時的等效電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項所述的方法，其特征在于，所述確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系包括 如果所述變流器具有N個通用橋臂電路，則各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓分別為uin(1)、uin⑵、…七^)，直流側(cè)輸出電流分別為idc;(1)、idc(2)>…idc;(N)，其中，N彡1，N為整數(shù)； 根據(jù)公式uu = uin(i)-uin(J)計算所述變流器第i個通用橋臂電路與第j個通用橋臂電路間的交流側(cè)輸出電壓Uij,其中，i = 1,2......N, j = 1,2......N,且i Φ j, uin(i)為第i個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓，uin(J)為第j個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓； 根據(jù)公式計算所述變流器直流側(cè)輸出電流Id。，其中，i = 1，2......N, idc(i)為第i個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩電平變流器的建模方法，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(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極是否接收到PWM控制信號；如果所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的門極接收到PWM控制信號，則根據(jù)所述PWM控制信號與所述輸入電流確定所述通用橋臂電路的橋臂導(dǎo)通情況；根據(jù)所述橋臂導(dǎo)通情況確定所述通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與直流側(cè)輸出電流；確定所述變流器中各個通用橋臂電路的交流側(cè)輸出電壓與所述變流器的交流側(cè)輸出電壓之間的關(guān)系，并確定所述變流器中各個通用橋臂電路的直流側(cè)輸出電流與所述變流器的直流側(cè)輸出電流之間的關(guān)系。
文檔編號G06F17/50GK102930093SQ201210410489
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張宇, 譚娟, 王堅, 李江紅, 應(yīng)婷, 陳柳松 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司