[发明专利]一种三电平变换器的建模方法

说明书

本发明公布了一种三电平变换器的建模方法，属直直变换器建模方法。本发明的三电平变换器包括输入电源、三电平变换电路、滤波电路和负载；该三电平变换器在三电平变换电路输出电压波形的基础上进行建模。本发明的三电平变换器适用于宽输入电压的场合，三电平和两电平两种工作模式具有相同的小信号模型，使得系统闭环参数的设计只需根据一种工作模式设计即可，简化了设计步骤。此外，两种工作模式下，系统具有相同的动态特性。

技术领域

本发明涉及一种变换器的建模方法，尤其是一种三电平变换器的建模方法。

背景技术

近年来，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，光伏电池发出的电能都是变化范围宽的直流电，而作为并网逆变器的前级变换器的输入需要恒定的直流电，因此需要直流变换器把宽变化范围的直流电转换为恒定电压的直流电。三电平变换器是适合宽输入电压直直变换器常用的拓扑结构，可解决传统电压源直流变换器存在输入电流脉动大和输出整流二极管电压应力高的问题，以及传统电流源直流变换器存在输出电流脉动大和开关管电压应力高的问题。但现有三电平变换器的建模方法是建立在开关管占空比的基础上的，三电平和两电平两种工作模式的小信号模型不相同，因此，两种模式下的闭环控制参数需要单独设计，并要保证两种模式下系统都稳定，从而增加了系统设计的复杂性。此外，两种工作模式存在不同的动态特性。因此研究简单的三电平变换器的建模方法，有着重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中变换器的缺点，提出一种三电平和两电平工作模式具有相同小信号模型的三电平变换器的建模方法。

本发明的三电平变换器的建模方法，所述三电平变换器包括输入电源U_in、三电平变换电路、滤波电路和负载R_L，其中滤波电路包括滤波电感L_f、滤波电容C_f和其等效串联电阻R_ESR；包括以下步骤：

1)分析三电平变换器，确定系统的工作模态；

2)建立各个工作模态的状态方程；

3)建立系统平均状态方程；

4)建立系统的小信号模型。

其中，所述步骤1)中，所述三电平变换器工作在三电平和两电平两种工作模式；所述三电平工作模式包含1电平工作模态、1/2电平工作模态和0电平工作模态，所述两电平工作模式包含1/2电平工作模态和0电平工作模态；可得三电平变换器存在三个工作模态，即1电平工作模态、1/2电平工作模态和0电平工作模态。

其中，所述步骤2)中，1电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为nU_in，可得其状态方程为

式中，u_cf为滤波电容C_f的电压，i_L为流过滤波电感L_f的电流，n为变比，为i_L对时间的导数，为u_cf对时间的导数。

1/2电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为nU_in/2，可得其状态方程为

0电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为0，可得其状态方程为

其中，所述步骤3)中，根据各个工作模态的导通时间和各工作模态的状态方程，确定系统的平均状态方程：