[发明专利]电力牵引交流传动单相三电平脉冲整流器故障建模仿真方法

摘要

本发明公开了一种电力牵引交流传动单相三电平脉冲整流器故障建模仿真方法：根据开关控制脉冲和脉冲整流器交流侧电流极性，计算单相三电平NPC脉冲整流器在不同开关管故障下所对应的开关状态函数；根据单相三电平NPC脉冲整流器的电路拓扑及脉冲整流器工作原理，计算单相三电平NPC脉冲整流器状态方程，得到交流侧电压、交流侧电流、直流侧电流等输出变量。本方法可实现于离线仿真、在线实时仿真以及硬件在环仿真系统中，单相三电平NPC脉冲整流器在正常工作下以及不同开关管故障下的仿真，并且该模型可以实现正常工作状态以及不同开关管故障状态下的切换，弥补了现有单相三电平NPC脉冲整流器仿真模型中无故障仿真模型的技术问题。

主权项

1.电力牵引交流传动单相三电平脉冲整流器故障建模仿真方法，实现单相三电平NPC脉冲整流器模型在正常工作以及不同开关管故障下的仿真；包括以下步骤：(1)根据控制脉冲及交流侧电流极性计算正常工作及不同开关管故障下的开关管状态函数：通过电力牵引交流传动单相三电平NPC脉冲整流器的开关管控制脉冲P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈以及交流侧电流i_s的极性计算不同开关管故障下开关管状态函数；控制脉冲P₁～P₈有1、0两个取值，1表示导通信号，0表示关断信号；定义单相三电平NPC脉冲整流器左桥臂为A桥臂，右桥臂为B桥臂；定义S_A、S_B分别为A、B桥臂开关管状态函数，桥臂开关管状态函数有1、0、‑1三个取值；开关管故障模式包括单个开关管故障及两个开关管故障情况，在单相三电平NPC脉冲整流器交流侧电流i_s不同的极性下，各种情况下的开关管状态函数计算方法如下：正常工作情况的开关管状态函数计算方法：单个开关管故障情况的开关管状态函数计算方法：A桥臂上外开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₁＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上内开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₂＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂下内开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₃＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂下外开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₄＝0，开关管状态函数计算方法：B桥臂上外开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₅＝0，开关管状态函数计算方法：B桥臂上内开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₆＝0，开关管状态函数计算方法：B桥臂下内开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₇＝0，开关管函数计算方法：B桥臂下外开关管故障情况，等效为对应控制脉冲P₈＝0，开关管状态函数计算方法：两个及以上开关管同时故障时，对应开关管控制脉冲同时为0；根据开关管的不同位置，具体作如下不同的处理：A桥臂上外开关管和上内开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₁＝0，P₂＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上内开关管和下内开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₂＝0，P₃＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂下内开关管和下外开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₃＝0，P₄＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上外开关管和B桥臂上外开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₁＝0，P₅＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上外开关管和B桥臂下外开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₁＝0，P₈＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上内开关管和B桥臂上内开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₂＝0，P₆＝0，开关管状态函数计算方法：A桥臂上内开关管和B桥臂下内开关管同时故障时，等效为对应控制脉冲P₂＝0，P₇＝0，开关管状态函数计算方法：(2)根据(1)所得开关管状态函数，计算不同情况下的单相三电平NPC脉冲整流器状态方程：根据单相三电平NPC脉冲整流器电路拓扑及脉冲整流器工作原理，列出单相三电平NPC脉冲整流器状态方程：将(1)所得的开关管状态函数值输入到整流器状态方程；除开关管状态函数外，单相三电平NPC脉冲整流器还有4个输入变量：变压器二次侧输出交流电压u_s、中间直流侧p/o间电压U₁、中间直流侧o/n间电压U₂和预充电开关状态S_p；单相三电平NPC脉冲整流器参数有变压器二次侧漏电阻值R_s、变压器二次侧漏电感值L_s、预充电电阻值R_p；经上述状态方程计算可得：整流器交流侧电压u_ab、整流器交流侧电流i_s、整流器输出到直流侧p点电流i_p、整流器输出到直流侧n点电流i_n、整流器输出到直流侧o点电流i_o；(3)将(2)所计算得仿真值i_p、i_n和i_o输出到中间直流侧模型，进行后续模型计算；将u_s、i_s、U₁和U₂输出到牵引控制算法，进行单相三电平NPC脉冲整流器控制。