[发明专利]一种基于加权最小二乘的变流器杂散电感的提取方法

说明书

本发明公开了一种基于加权最小二乘的变流器杂散电感优化方法，该优化方法以电容两侧布局拓扑结构为基础，利用加权最小二乘法对IGBT在关断过程中的电流i_c波形和电压U_M的波形取点拟合，通过MATLAB编程对杂散电感提取进行优化分析，通过仿真和实验分析表明，该优化方法能够减小误差，提高杂散电感值的准确度，对功率变流器叠层母排的结构优化具有一定的指导性意义。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，特别是一种基于加权最小二乘的变流器杂散电感提取方法。

背景技术

随着社会经济的发展，基于电力电子器件的大容量功率变流器的研究与应用越来越多，目前，绝缘栅双极型晶体管IGBT在商业化下成为广泛应用的开关器件，其电压等级可达6500V，电流等级可达3600A，开关时间约0.2us，具有很高的电流变化率di/dt。在较高的di/dt和线路杂散电感共同作用下，IGBT关断过程中会承受比较高的电压尖峰，这样就增加了开关器件的电应力、开关损耗及电磁干扰问题，线路杂散电感的存在会改变主回路的参数和拓扑，并且会引起电压和电流的畸变，产生大量高次谐波干扰，对电能质量产生影响。

功率变流器杂散电感的提取方法可分为解析计算法，数值计算法、测量法，目前比较实用的测量方法是间接测量，该方法是通过测试电路开关器件的开通关断瞬态电压过冲及其对应的电流变化率，并利用电感计算公式L＝ΔU·(dt/di)计算杂散电感，可见，电流变化率di/dt的准确度直接影响杂散电感的提取精度。

针对电流变化率di/dt的分析，采用加入缓冲电路形成某一时段内的恒定的电流变化率，但成本较高；若把某一时间段的电流变化率视为恒定不变，而在关断过程中实际的电流变化率在时刻变化，把其视为恒定值则会引起较大的计算误差。

发明内容

针对间接测量法中不易准确提取导致的计算误差较大这一问题，本发明提供了一种基于加权最小二乘的变流器杂散电感提取方法，对电容两端布局的电路结构进行分析，提出一种利用加权最小二乘法对电流i(t)取点进行拟合计算的优化方法，通过寻求最优点所对应的电压过冲值来计算回路总杂散电感。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于加权最小二乘的变流器杂散电感优化方法，该优化方法采用电容分侧布局的电路，对绝缘栅双极晶体管IGBT关断过程进行电路总杂散电感的优化提取，该优化方法的步骤是：

(a)分析IGBT在关断过程中的电流i_c波形和电压U_M波形，在所述电流i_c波形中di/dt变化率较大的时间内，选取n个时间点t₁...t_n；

(b)通过所述n个时间点t₁...t_n所对应的i_c值，得到加权最小二乘目标函数Q，所述S_i为权值(1/t_i)²,i取1、2、3…n，所述K值为斜率di/dt，所述B为截距；

(c)编写MATLAB程序,利用程序计算出当Q值最小时的斜率K值、截距B值，进而得出拟合函数i_c(t_i)和最优点t_i，并通过所述电压U_M波形求所述最优点t_i对应的U_M值，为求得使Q值最小时的K、B，根据求极值特点，那么存在唯一K、B值使Q得值最小，因此Q对K、B的导数为零，即：

可得：

由以上推导可得截距B和斜率K的表达式为：