[发明专利]一种单重四象限变流器仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及单重四象限变流器仿真领域，特别是涉及一种单重四象限变流器仿真方法。

背景技术

随着计算机软、硬件技术的飞速发展，计算机仿真得到了越来越广泛的应用。在电力电子技术领域，应用计算机仿真技术，设计者在设计阶段就可以观察系统的动静态特性，寻求整个系统结构及参数的最优化，最大程度上降低成本，减少试验费用，缩短研发周期，提高效率。

交流传动是我国铁道牵引动力发展的一个重要方向，四象限变流器是交流传动电力机车的电源侧变流器，在牵引时作为整流器，在再生制动时作为逆变器。四象限变流器要保证直流中间环节的电压恒定，交流电网侧功率因数接近1，还要消除谐波，使电网电流尽量接近正弦，是交流传动电力机车上的一个重要电气部件。对四象限变流器进行计算机仿真，对于其开发和研究具有一定的帮助作用。

参见图1，示出四象限变流器结构，包括变压器次边电路11、变流器12、中间电路13和PWM控制器(图中未示出)组成。

变流器12由并联的四个支路组成，第一支路中开关元件T1的阳极连接输出正端，阴极连接开关元件T2的阳极，开关元件T2的阴极连接输出负端；第二支路中二极管D1的阴极连接输出正端，阳极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接输出负端；第三支路中开关元件T3的阳极连接输出正端，阴极连接开关元件T4的阳极，开关元件T4的阴极连接输出负端；第四支路中二极管D3的阴极连接输出正端，阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接输出负端。

变压器次边11电路包括连接在变压器次边的交流电源U_N，交流电源U_N一端经串联的电感L_N和电阻R_N后，连接在开关元件T1和开关元件T2的公共端，及二极管D1和二极管D2的公共端；交流电源U_N另一端连接在开关元件T3和开关元件T4的公共端，及二极管D3和二极管D4的公共端。

中间电路13中包括串联在电源正、负端的电感L₂和电阻R₂，及与电源正、负端连接的电容C_d。电源正、负端输出的电压U_d。PWM控制器控制开关元件T1、开关元件T2、开关元件T3和开关元件T4。

为了建立四象限变流器仿真数学模型，不考虑开关元件和二极管的换流过程，把整流元件看成理想开关，忽略其中的保护电路，分别用一个电感和一个电阻元件代替变压器的次边漏感和电阻。

目前的仿真技术中，四象限变流器有以下两种方法模拟。

1)利用SimPowerSystem模块库中自带的变流器模块。

参见图2，示出SimPowerSystem模块搭建的双重四象限变流器结构。该双重四象限变流器结构模型在实际仿真中速度较慢，无法及时进行相关数据处理。

2)使用C语言编写S-Function来实现变流器模型的功能。

参见图3，示出S-Function编写的双重四象限变流器结构。使用S-Function编写的变流器模型在实时仿真中速度较慢，占用资源多的问题，特别是在变流器的输入控制脉冲信号全为零的情况下，仿真数据结果发散，不能收敛。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单重四象限变流器仿真方法，该方法仿真更加准确，快速，并有效的保证了零脉冲时的收敛性。

本发明一种单重四象限变流器仿真方法，所述四象限变流器包括变流器和中间电路，变流器由并联的四个支路组成，第一支路中第一开关元件(T1)的阳极连接输出正端，阴极连接第二开关元件(T2)的阳极，第二开关元件(T2)的阴极连接输出负端；第二支路中第一二极管(D1)的阴极连接输出正端，阳极连接第二二极管(D2)的阴极，第二二极管(D2)的阳极连接输出负端；第三支路中第三开关元件(T3)的阳极连接输出正端，阴极连接第四开关元件(T4)的阳极，第四开关元件(T4)的阴极连接输出负端；第四支路中第三二极管(D3)的阴极连接输出正端，阳极连接第四二极管(D4)的阴极，第四二极管(D4)的阳极连接输出负端；

交流电源(U_N)一端经串联的第一电感(L_N)和第一电阻(R_N)后，连接在第一开关元件(T1)和第二开关元件(T2)的公共端，及第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的公共端；交流电源(U_N)另一端连接在第三开关元件(T3)和第四开关元件(T4)的公共端，及第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的公共端；