[发明专利]一种新颖的三相电压型变流器的逻辑切换建模方法

说明书

一种新颖的三相电压型变流器的逻辑切换建模方法，属于电力系统的技术领域。首先，定义单极性布尔逻辑的切换信号；其次，采用基尔霍夫电压定律与电流定律建立三相电压型变流器中各相电流及关于电压的物理方程；接着，根据切换信号，确定三相电压型变流器的8种具有切换模态的动力学系统；最后，根据这8种切换模态设计符合三相电压型变流器具有离散逻辑规则的布尔型逻辑切换系统，获得三相电压型变流器具有混杂演化特征的逻辑切换模型，对该模型进行稳定性分析。本发明解决了传统过程中三相电压型变流器近似线性化建模方法中的局限性问题，由8个子系统组成的切换系统在逻辑切换信号作用下，能够在期望集内进行循环动作，且每次循环的周期可不同。

技术领域

本发明属于电力系统的技术领域，提供一种新颖的三相电压型变流器的逻辑切换建模方法。

背景技术

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。在实际的应用场合中，有些场合需要将交流电源变成直流电源，这就是整流电路，而在另外一些场合中则需要将直流电源变成交流电源，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变电路。在一定条件下，一套晶闸管电路既可以作整流电路又可作逆变电路，这种装置称为变流器。

目前，变流器的分类依据很多，主要的分类方式有以电网相数(单相、三相及多相电路)、直流侧储能形式(电压型变流器和电流型变流器)、调制电平数(两电平、三电平及多电平电路)及PWM调制方式(硬开关和软开关调制)划分，但以流侧储能形式将其划分为电压型和电流型仍是最主流的一种分类方式。原因在于它们两者有对耦的关系存在于主电路结构上，且各自有与之对应的控制策略。这其中应用最为广泛的则是以三相全桥为拓扑结构的电压型、电流型变流器。电流型变流器要达到稳定的电压输出，就需要较大的电感，因而体积大，重量和损耗也相应的比较大。与此同时，串联的二极管(为了防止电流反向流动)也造成主电路较之电压型更复杂、损耗更大。相比之下，电压型变流器在抑制浪涌电压能力方面有着更好的性能且结构相对简单，易于控制，所以是研究的重点，本申请也是以电压型变流器为例展开论述。本专利的三相变流器采用的模拟控制技术为在电压型的基础上，将三相电压型变流器按照具有离散的逻辑切换的规则建模为具有混杂演化特征的逻辑切换系统，并验证其系统的稳定性。

目前，传统的变流器建模方法有很多。状态空间平均法是一种小信号分析方法，这种方法简单易用，便于稳定性分析和控制器设计，但是小信号模型通常是通过忽略模型中的高次项而近似得到的，不适合系统面对大扰动的情形，多用于仅具有两种不同电路状态的变流器建模，有很大的局限性。而开关函数描述法对上述的方法有所改进，可以体现连续和离散的特征，但是所得到的模型为时变、非线性的高阶模型，不利于子系统的分析和设计，最终还需要采取相关改进方法使模型线性化，譬如用小信号线性化、同步坐标变换以及傅里叶变换等方法消除模型的时变性。因此，变流器常规的建模方法都是从线性系统的角度出发，通过平均化、坐标变换或小信号线性化等方法得到系统的近似线性化模型。为了更准确地分析和控制变流器，满足工程性能指标要求，建立精确统一的数学模型是十分必要的。兙俥

在对现有的技术文献与专利检索后发现，李琼林，刘会金在“电工技术学报，2009，24(11):89-95”发表的“基于切换系统理论的三相变流器建模及其稳定性分析”一文。该文探讨了对三相变流器切换过程的稳定性进行了初步分析，但是由于系统模型是在等周期切换的这一特殊情况下建立的，并在稳定性分析过程中存在一定的局限性。因此，本文在此基础上进行改进，以离散的逻辑系统与连续的动力系统为基础，从三相电压型变流器的建模与稳定性分析两个方面分别进行设计。

发明内容

本发明针对传统过程中三相电压型变流器近似线性化建模方法的局限性问题，提供一种针对三相电压型变流器逻辑切换的建模方法，并通过仿真验证了该建模方法的稳定性及有效性。具体是通过基于三相电压型变流器中离散的逻辑规则与连续的动力学方程共同体现的具有混杂演化特征的建模方法。在此基础上，给出了三项电压型变流器在复杂工作下的逻辑切换特性，保证了其在多种工作模式切换的情况下电压能稳定的输出运行。