[发明专利]电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电力牵引交流传动技术领域，涉及一种电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法。

背景技术

对于电力电子技术领域的技术开发，通常需要采用仿真的方式先对所设计的方式方法进行理论层面的分析验证，以避免在开发过程中由于技术理论设计层面上的缺陷导致的不必要的经济损失。两电平三相逆变器广泛应用于交流牵引传动领域，是交直流变换的主要设备。当两电平三相逆变器在运行过程中会出现难免的故障时，对整个传动系统的正常运行存在一定的危害。现今对于传动系统中相应的故障建模以及故障诊断研究越来越被重视，但目前为止，对两电平三相逆变器相应的故障仿真手段较少。

任何电力电子设备都存在正常工作状态以及故障工作状态，对于两电平三相逆变器而言，其正常工作时存在不同桥臂上开关管故障时的情况。两电平三相逆变器不同桥臂上开关管故障情况时，交流侧电流谐波含量必然出现变化，相应的直流侧波动也会不同，这在一定程度上影响整个交直流系统的性能。因此，对两电平三相逆变器进行建模与仿真，观察研究不同桥臂上开关管故障对整个交-直流侧的影响非常有必要。在目前的仿真技术中，两电平三相逆变器几乎都只有正常工作状态的仿真模型，尚不存在独立的具有不同桥臂上开关管故障模式的故障仿真模型。

现有的两电平三相逆变器故障仿真在某些软件中也可以采用独立的IGBT与二极管模块搭建完成，但是，这种情况下的仿真不能方便的实现正常模式与故障模式的切换，不具备研究两电平三相逆变器正常模式到故障模式时瞬态变化的情况。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用离线仿真以及在线实时仿真系统的，电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法，通过该方法建立的电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障仿真模型基于状态方程描述，实现两电平三相逆变器正常工作状态仿真、不同桥臂上开关管故障仿真，以及正常工作状态和不同桥臂上开关管故障状态下的切换，弥补现有仿真模型中无故障仿真模型的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明的具体技术手段为：

电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法，基于Matlab/Simulink环境，进行实时或者是离线的两电平三相逆变器正常工作以及故障模式下的仿真。电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法需做如下定义：定义两电平三相逆变器左边桥臂为A桥臂，中间桥臂为B桥臂，右边桥臂为C桥臂；定义A桥臂上开关管开关脉冲为P₁、A桥臂下开关管开关脉冲为P₂、B桥臂上开关管开关脉冲为P₃、B桥臂下开关管开关脉冲为P₄、C桥臂上开关管开关脉冲为P₅、C桥臂下开关管开关脉冲为P₆；定义每个开关管的开关脉冲可由唯一的二维数组ST_Pi[2][n]描述其属性，其中数组中ST_Pi[0][n]～ST_Pi[0][n]记录单个仿真步长下开关管脉冲的变化属性（用不同的符号表示单个仿真步长下开关脉冲的变化，如1为上升沿，0为下降沿，-1为无变化）其中数组中ST_Pi[1][n]～ST_Pi[1][n]记录单个仿真步长下开关管脉冲的变化发生的时间点。电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法具体包括以下步骤：

（1）根据输入脉冲计算单仿真步长下不同故障模式的开关信息：

单仿真步长下不同故障模式下开关值k_i（i=1,2,3,4,5,6）的计算根据描述每个开关管的开关脉冲的唯一的二维数组ST_Pi[2][n]进行，同时可得到当前仿真步长下最终的开关状态P_i（i=1,2,3,4,5,6）。

（a）正常工作情况的开关值计算：

遍历数组ST_Pi[0][n]，找到单个仿真步长下开关管脉冲的变化次数n，当n>0时：