[发明专利]基于混杂系统理论的三电平逆变器电源降阶建模方法

权利要求书

1.一种基于混杂系统理论的三电平逆变器电源降阶建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、以常微分方程形式搭建三电平逆变器电源的电磁暂态模型；

其中，f(x,u)，u为输入的电网电压，x为状态变量x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,i_x,i_y,i_{x_t},i_{y_t},i_xL,i_yL,u_x,u_y,u_{x_t},u_{y_t},θ_PLL]^T，u_x、u_y为三电平逆变器端电容电压x轴和y轴分量，i_xL,i_yL为线路L的电流的x轴和y轴分量，i_x,i_y为三电平逆变器输出电流的x轴和y轴分量，i_{x_t},i_{y_t}为三电平逆变器输出电流的x轴和y轴分量测量值，u_{x_t},u_{y_t}三电平逆变器端电容电压x轴和y轴分量测量值；x₁,x₃为三电平逆变器外环有功及无功功率环积分变量，x₂、x₄为三电平逆变器内环有功及无功电流环积分变量，θ_PLL为锁相环锁定的三电平逆变器中各分量相位；

(2)、基于奇异摄动等效理论的降阶处理；

(2.1)、基于奇异摄动等效理论的多时间尺度特性对电磁暂态模型进行分析，保留快动态属性变量x₁,x₂,x₃,x₄，以及将具有混合动态属性的i_x,i_y部分保留为μi_x,μi_y，μ的取值为(0，1)，从而将状态变量x降阶处理为：

x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,μi_x,μi_y]^T (2)

(2.2)、将三电平逆变器的电磁暂态模型改写为：

其中，P_ref、Q_ref为有功功率及无功功率参考值，K_p1、K_p3分别对应有功功率及无功功率比例控制环节参数，K_i1、K_i3分别对应有功功率及无功功率积分控制环节参数，i_d、i_q分别为三电平逆变器输出电流的d轴电流及q轴电流，R_f是耦合电路电阻值，X_f是耦合电路电抗值，E_x、E_y为三电平逆变器的输出内电动势的x轴和y轴分量；

(3)、利用混杂系统李雅普诺夫稳定定理对μ进行取值；

(3.1)、将三电平逆变器输出电流μi_x,μi_y由dq坐标系反变换到abc坐标系，得到三电平逆变器三相电流μ_ai_a,μ_bi_b,μ_ci_c；

(3.2)、利用空间电压矢量调制法控制三电平逆变器各桥臂的工作状态；

(3.3)、选取三电平逆变器交流侧电感电流和直流侧电容电压为状态量x_Lyapunonv＝(μ_ai_a,μ_bi_b,μ_ci_c,u_dc)^T，选取三电平逆变器交流侧电压和输入直流源电压为输入量u＝(u_a,u_b,u_c,u_in)^T；然后根据混杂系统李雅普诺夫稳定定理，建立三电平逆变器电源的李雅普诺夫函数，以及对应的状态方程；

V_s＝(x_Lyapunonv-x_ref)^T[(J-R)x_Lyapunonv+Bu] (5)

其中，x_ref为参考状态量，J、R、B为待确定变量；

三电平逆变器电源的状态方程为：

其中，R_s为三电平逆变器等效电阻、L_s为三电平逆变器等效电感、R_in为三电平逆变器内电阻、u_in为输入直流源电压、u_dc为三电平逆变器直流侧电压；

再由输出的三相对称电压和电流之和为零，化简状态方程如下：

(3.4)、根据混杂系统李雅普诺夫函数稳定定理，在连续导通模式下，建立三电平逆变器的基本电路为：

(3.5)、将式(7)与式(8)比对可得：

其中，

(3.6)、将步骤(3.5)确定的变量代入到公式(5)中，并令V_s＝0，从而计算出μ的具体取值，从而完成三电平逆变器电源降阶建模整个过程。