[发明专利]一种基于动态相量法的交‑直‑交变频器建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及交-直-交变频器技术领域，特别是涉及一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法。

背景技术

目前，交-直-交变频器系统的仿真模型中存在脉宽调制环节，但在Matlab/Simulink的PSB采用SPWM模块会占用大量的仿真时间。这其中的原因主要包括:1)根据香农定理，采样频率至少2倍于载波频率才能满足采样要求，因此系统的仿真步长直接受限于SPWM模块的载波频率；2)自然采样法要求解复杂的超越方程，需要花费大量的计算时间。为此，在满足精度的要求下，研究人员基于规则采样法提出了SPWM模块的一种等效简化模型(肖运启，徐大平，吕跃刚.一种基于SPWM的交-直-交型变频器系统简化模型[J].系统仿真学报，2008，20(8)：2185-2189.)。本发明就是基于动态相量法将交-直-交变频器模型中的SPWM模块进行简化，从而可以采用大步长对系统进行仿真，减少仿真的时间，提高仿真的效率。

发明内容

本发明提供一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法，可以为交-直-交型变频器控制系统分析设计提供一种新的快捷的仿真手段。该方法适合于对双馈风力、水力发电机组进行系统级仿真研究等应用场合。

本发明采取的技术方案为：

一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法，包括以下步骤：

第一步:根据基尔霍夫电压定律(KVL)，可以得到网侧换流器方程式：

其中，v_No为直流电源假想中点N到三相电压源中性点o之间的电压，对于三相无中性线系统有若三相电网电压不平衡或包含谐波分量，则有反之则有成立；考虑电网电压理想对称的情况，将(2)式中的三相电压方程相加可以求得：

第二步：将式(3)带入式(2)中可得到：

第三步：根据动态相量法基于频率分解的原则，忽略直流分量和高频分量，可以得到S_1a的基频分量如下：

同理，可到其他两相的开关函数的基频分量：

其中式(5)、(6)中，m₁和δ₁分别表示网侧VSC1的调制比和移相角。

第四步：将式(5)、(6)代入式4中可得到网侧变换器动态相量法的数学模型如下：

根据动态相量法，将式(7)中的相量的实部和虚部分开来写就得到了网侧换流器的动态相量模型，以a相为例，如下：

一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法，

对于直流侧，可得直流母线电容动态效应方程如下：

根据动态相量法，得直流侧的动态相量模型，以a相为例，如下：

一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法，

对于负载侧变换器，由于负载为三相对称星型负载，根据KVL有：

其中，o′为三相对称星型负载的中性点，且有：

根据负载侧的拓扑关系有：

将式(11)各式左右累加，消除u_o′N可得：

根据动态相量法，得负载侧的动态相量模型，以a相为例，如下：

一种基于动态相量法的交-直-交变频器建模方法，系统状态空间模型描述为：根据建立的状态方程，得到状态变量，输入变量，输出变量和参数矩阵，以a相为例，为：

其中，状态变量X、输入变量u以及系数矩阵A和B具体取值情况如下：

X＝[Re(I_1a(1)),Im(I_1a(1)),Re(I_2a(1)),Im(I_2a(1)),V_dc(0)]^T。

一种基于动态相量法的交-直-交变频器开关函数模型，包括：交-直-交变频器三相拓扑结构，该三相拓扑结构包括直流电容器C_dc、与直流电容器C_dc耦合在一起的2个三相VSC：网侧换流器VSC1和负载侧换流器VSC2。

左侧网侧变换器通过变压器接入电网，右侧负载侧变换器连接三相星型连接的负载，通过直流母线实现能量的双向流动。