[发明专利]一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真建模装置及其方法，尤其是涉及一种三电平逆变器死区效应的仿真建模装置及其方法。

背景技术

任何固态的电子开关器件都具有一定的固有开通和关断时间。对于确定的开关器件，固有的开通和关断时间是不可控的，这必然引起开关器件输出与输入控制信号的偏移，通常称此为开关死区时间。逆变器同一相上、下桥臂的开关器件工作为互补状态。由于一般开关器件的开通时间小于关断时间，因此如果将互补的控制信号加到同一相上、下桥臂的开关器件的控制极上，那么开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。所以，目前的逆变器系统广泛采用时间延迟的控制技术，即将理想的控制信号上升沿延迟一段时间，通常称此为控制死区时间。

死区时间的存在使得逆变器不能完全精确地复现PWM控制信号的理想波形，必然产生更多的谐波，并影响电气传动在低速下的运行性能。因此，对逆变器死区效应进行建模与仿真，观察研究逆变器死区效应，对研究死区效应的补偿控制非常有必要。在目前的仿真技术中，三电平逆变器模块的仿真模拟主要是利用SimPowerSystem模块库中自带的三电平逆变器模块，如图1所示。但是利用SimPowerSystem模块库中自带的三电平逆变器模型在实际仿真中速度并不是很快，在实时仿真中，也会遇到速度慢，或者无法下载的问题，有时甚至出现解算不准确的情况。

而且目前现有的利用MATLAB/Simulink搭建的三电平逆变器模型中未考虑死区效应的存在，没有对死区效应进行相应处理。因此，当脉冲触发出现死区时，逆变器输出仿真结果与真实结果不完全一致，存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法，利用开关函数搭建三电平逆变器模型及其死区效应，该装置及其方法可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，并考虑了触发脉冲存在死区时对逆变器输出带来的影响，针对死区效应对开关函数进行修正，建立了带死区效应的开关函数三电平逆变器模型，解决了仿真速度慢、解算不准确的技术问题。

本发明具体提供了一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置的具体实施方式，一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置，包括开关函数模块、逆变桥模块和开关管与续流二极管电流模拟模块，开关函数模块的输入为开关管的门极触发脉冲，开关函数模块分别与逆变桥模块，以及开关管与续流二极管电流模拟模块相连，逆变桥模块输出逆变器各相的电压，开关管与续流二极管电流模拟模块输出逆变器各相的电流，其中开关函数模块及逆变桥模块的输入输出关系由以下函数定义：

在三电平逆变器处于非过渡状态时，考虑死区效应的电压逻辑函数为SF_Ui＝S_i，

(i＝a，b，c)

其中，S_i为定义逻辑函数，i＝a，b，c，为逆变器的三相，分别表示v_ij管的通断，j＝1，2，3，4；

则各相的电压输出为：

U_AO＝S_a×U_d/2，U_BO＝S_b×U_d/2，U_CO＝S_c×U_d/2；

当三电平逆变器处于过渡状态一，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次为0、1、0、0，

当相电流i_i＞0时，该相的电压输出为0；

当相电流i_i＜0时，该相的电压输出为1/2U_d；

当三电平逆变器处于过渡状态二，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次为0、0、1、0，

当相电流i_i＞0时，该相的电压输出为-1/2U_d；

当相电流i_i＜0时，该相的电压输出为0。

作为本发明一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置进一步的实施方式，开关管与续流二极管电流模拟模块的输入输出关系由以下函数定义：

在三电平逆变器处于非过渡状态时，考虑死区效应的电流逻辑函数为SF_i＝S，

a.当S＝1时，即上桥臂两个开关器件V_i1，V_i2均导通的情况：