[发明专利]一种单相级联孤岛型逆变系统的小信号建模及稳定性分析方法

说明书

本发明的基于单相级联孤岛型ACHB逆变系统的小信号模型以及基于floquet理论的稳定性分析方法，包括具有双闭环控制的数字控制器、LC滤波器、负载和三个分别运行在低压、中压和高压的单相H桥逆变器，数字控制器与滤波电容相连接，基于单相级联孤岛型逆变系统的小信号模型，将线性的阻感负载考虑有小信号扰动的情况，并将扰动分量分离，通过坐标变换，得到调制信号表达式，使用floquet理论来分析系统稳定性。有益效果在于，多电平逆变器由于主电路输出电平数增加，减小了输出电压中的谐波成分，小信号模型的稳定性分析解决了变换器非线性电路建模的困难，将变换器的稳态工作点用统一的微分方程组描述其动态特性，结合floquet理论准确地验证了系统的稳定域，为整个单相级联型孤岛逆变系统的稳定工作提供了可靠判据。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种单相级联孤岛型逆变系统的小信号模型以及基于floquet理论的稳定性分析方法。

背景技术

一般说来，无论设计任何系统，都有必要对其进行建模，电力电子变换器也不例外。对于电力电子变换器设计而言，其根本要求是实现高性能的电能变换，涉及的系统性能指标包括稳定性、鲁棒性、动态响应能力，稳态误差特性等。电力电子变换器的性能在很大程度上取决于其控制系统，而设计高效、精确控制的电力电子控制系统，则必定要以准确、有效的数学模型为基础。建模是电力电子变换器设计的重要组成部分，建模得到的数学模型是电力电子变换器设计的依据。

系统能够稳定工作是电力电子变换器设计的最低要求，因此稳定性分析也是电力电子变换器设计的必要组成部分。通常对于简单的小型电力电子变换器装置，稳定性分析包含在系统设计时的稳定性指标中，但对于规模较大，结构较复杂的电力电子变流器系统，其稳定性一般需要做单独的分析。

同电力电子变换器的控制一样，电力电子变换器的稳定性分析也依赖于系统的建模。目前针对不同的电力电子变换器模型，已提出的稳定性分析方法和稳定性判据主要有：频域分析方法；连续时域分析方法；离散时域分析方法；阻抗分析方法；李雅普诺夫方法。随着电力电子变流器系统的规模逐渐扩大，需要选择合适的分析方法对其进行稳定性分析，从而保证系统可靠稳定运行。

专利CN102545675A提出一种混合串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，该电路采用高、低压H桥模块串联后通过电抗器直接接入电网，仅产生7个电平的输出波形，未充分利用各种电力电子器件的优势，且波形质量不高、难以应用于高电压大容量场合。专利103856091A提出一种T型APF的混合级联多电平变流器拓扑，包括用于抑制变流器产生的高次谐波和高频开关纹波的T型有源滤波器和三个分别运行在高压、中压和低压的单相H桥逆变器，未能涉及到电力电子变换器的稳定性分析。从现有的文献来看，单相级联孤岛型逆变系统通常采用基于阻抗理论的方法来进行建模与稳定性分析，这种方法主要研究的是底层控制对系统稳定性的影响，不能够全面的对系统上下层进行全面综合的稳定性分析。因而不能确保电力电子装置的稳定可靠运行。

发明内容

本发明的目的是为了提高单相级联型孤岛逆变系统的供电可靠性，使该系统能够稳定运行，提出了一种单相级联孤岛型逆变系统的小信号模型及基于floquet理论的稳定性方法。

本发明的技术方案为：基于单相级联孤岛型ACHB逆变系统，其特征在于，包括具有双闭环控制的数字控制器、LC滤波器、负载和三个分别运行在低压、中压和高压的单相H桥逆变器，数字控制器与滤波电容相连接。

进一步的，基于单相级联孤岛型ACHB逆变系统包括级联的三组拓扑单元，用于单相电路，单相级联孤岛型ACHB逆变系统包括用于交流输出的LC滤波器和三个分别运行在低压、中压和高压的单相H桥逆变器，三个单相H桥逆变器首尾相接用于产生高质量的多电平电压，数字控制器与滤波电容相连接。

进一步的，所述单相级联孤岛型ACHB逆变系统的低压电压源型逆变器的交流侧一端经过电感以及滤波电容与负载相连接后，与高压的电压源型逆变器的另一端相连接。