[发明专利]单相桥式三电平整流器的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及整流器的建模技术领域，更具体地说，涉及一种单相桥式三电平整流器的建模方法。

背景技术

目前，随着科技的进步，交流传动成为了铁道牵引传动发展的一个重要方向，作为交流传动的核心器件为主要包括整流器、中间直流环节和逆变器的交直交变流器，其中整流器为目前交流传动研究的重点之一。

在交流传动主电路中常见的整流器主要有单相桥式两电平整流器和单相桥式三电平整流器，相对单相桥式两电平整流器，单相桥式三电平整流器具有减少电磁干扰、减少功率开关管电压强度、降低开关频率、使得输入端电流更接近正弦和谐波含量显著减少等优点。因此，单相桥式三电平整流器在交流传动领域中的应用越来越广泛。若能提供单相桥式三电平整流器快速稳定的建模方法，将为牵引系统的分析、设计和改进提供有效的手段和工具。

目前，单相桥式三电平整流器通常采用利用MATLAB仿真的SimPowerSystem模块库中自带的变流器模块搭建单相桥式三电平整流器的建模方法和开关函数建模方法。

但是，由于利用MATLAB仿真的SimPowerSystem模块库中自带的变流器的三电平逆变器模型模拟了很多整流器的细节，往往用于离线仿真，在系统实时仿真的情况下，这种建模方法过于细致不能达到系统仿真速度快的要求，并且在实时仿真中还容易遇到无法下载和算法不准的问题。

运用开关函数建模方法来完成单相桥式三电平整流器的建模方法，由于在状态方程中需要与网侧电路、直流侧回路的电气量建立联系，人为将整流器的数学模型和网侧电路和中间回路的数学模型耦合在一起，这将不利于整流器模型灵活运用在各类交流传动主电路拓扑架构中；同时，由于状态方程在求解的过程中受解算方法的限制，甚至由于算法选取不当，将会导致状态变量求解发散；并且，该方法没有考虑对不控整流的模拟，不利于整流器建模的完整性和真实性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单相桥式三电平整流器的建模方法，以实现步骤简单、计算量小且方便快捷的对单相桥式三电平整流器进行建模。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种单相桥式三电平整流器的建模方法，包括：

判断整流器的输入侧中是否有PWM控制信号输入；

若有，则根据所述整流器第一桥臂和第二桥臂的PWM控制信号的模式和所述整流器的输入侧中输入电流的电流方向，得出所述整流器桥臂的导通情况，并根据所述桥臂的导通情况归纳出：

所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位、第二桥臂输入点相对于中点的输出电位以及所述整流器输出的交流侧电压的关系；

所述整流器的第一桥臂的上桥臂电流、第二桥臂的上桥臂电流以及所述整流器的上桥臂电流的关系；

所述整流器的第一桥臂的下桥臂电流、第二桥臂的下桥臂电流以及所述整流器的下桥臂电流的关系；

反之，则比较所述整流器的网侧电压和所述整流器的直流侧中间电压的大小，得出所述整流器中二极管的导通情况，并根据所述整流器中二极管的导通情况归纳出：

所述整流器的交流侧电压和所述整流器的直流侧中间电压的关系；

所述整流器的交流侧电流和所述整流器的中间电流的关系。

优选地，所述整流器的PWM控制信号的模式为“高高低低”、“低高低低”、“低高高低”、“低低高低”或者“低低高高”。

优选地，所述整流器的输入侧中输入电流的电流方向为大于等于零方向或小于零方向。

优选地，所述归纳所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位、第二桥臂输入点相对于中点的输出电位以及整流器输出的交流侧电压的关系具体为：

根据输入的不同的PWM控制信号和所述整流器的输入侧中输入电流的电流方向，得出所述整流器第一桥臂和第二桥臂的导通情况；

根据所述整流器第一桥臂和第二桥臂的导通情况，检测出所述整流器输出的交流侧电压值、所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位值以及第二桥臂输入点相对于中点的输出电位值；

比较检测出的所述整流器输出的交流侧电压值、所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位值以及第二桥臂输入点相对于中点的输出电位值确定所述整流器输出的交流侧电压、所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位以及第二桥臂输入点相对于中点的输出电位的关系。

优选地，所述整流器的第一桥臂输入点相对于中点的输出电位、第二桥臂输入点相对于中点的输出电位以及所述整流器输出的交流侧电压的关系为：