[发明专利]基于谐波状态空间的单相PWM整流器稳定性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于谐波状态空间的单相PWM整流器稳定性评估方法，包括以下步骤：1)根据单相PWM整流器的系统配置，建立整个系统的状态空间模型，所述系统的状态空间模型包含锁相环和电网侧阻抗；2)根据系统的状态空间模型，解析获得系统的稳态运行轨迹；3)在系统稳态时间周期运行轨迹附近施加小信号干扰，在系统稳态时间周期运行轨迹附近对系统状态空间模型进行线性化，得到系统小信号时间周期模型；4)利用得到的系统小信号时间周期模型，通过Toeplitz变换得到系统的Toeplitz矩阵；5)利用系统的Toeplitz矩阵对系统稳定性进行评估，根据评估结果进行单相PWM整流器控制参数设计。本发明方法能提高单相PWM整流器稳定性评估的精确性和有效性。

技术领域

本发明涉及自动控制技术，尤其涉及一种基于谐波状态空间的单相PWM整流器稳定性评估方法。

背景技术

电力电子变换器能够精确、快速地控制和处理电能。随着半导体功率器件和电力电子控制技术的迅速发展，电力电子变换器的应用越来越广泛。目前，电力电子变换器在电力系统无功补偿、电能质量控制、变频节能、电源、可再生能源发电等领域都应用广泛且发挥重要作用。

单相PWM整流器是最为典型的一种电力电子变换器。因为具有稳定的直流侧电压、功率因数可调、能量双向流动等优点，单相PWM整流器也是应用最为广泛的电力电子变换器之一。由于单相PWM整流器固有的周期性和非线性特点，获取其精确的稳定性边界是一个巨大的挑战。对单相PWM整流器稳定性进行准确评估并合理地设计变换器控制参数的前提和关键在于准确地建立其数学模型。传统的单相PWM整流器的建模都是基于线性时不变理论。然而，基于线性时不变理论的建模方法忽略了单相PWM整流器不同频率分量的耦合效应，降低了模型的精确性和稳定性评估的准确性，导致控制器设计和系统稳定性评估变得困难和复杂。因此，传统的基于线性时不变理论的建模方法对于单相PWM整流器来说不够精确，因为谐波交互作用不能被忽略且对系统稳定性至关重要。为了反映单相PWM整流器中的频率耦合效应，引入了基于谐波线性化的建模方法。基于谐波线性化的阻抗建模方法虽然可以获得解析阻抗模型，但由于忽略了部分谐波的耦合，尤其是在低频区域因，此所建模型的精度仍然受到了限制。

综上所述，现有的单相PWM整流器建模不够精确，模型的完整性和可信度不够，不能完全反映实际系统特性及不同频率分量之间的耦合关系，因而不能保证精确的稳定性评估和控制参数设计。因此需要寻求一种更加精确和完整的建模方法来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于谐波状态空间的单相PWM整流器稳定性评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于谐波状态空间的单相PWM整流器稳定性评估方法，包括以下步骤：

1)根据单相PWM整流器的系统配置，建立整个系统的状态空间模型，所述系统的状态空间模型包含锁相环和电网侧阻抗；

所述单相PWM整流器包括主电路配置及其控制器；所述单相PWM整流器的主电路包含电网侧阻抗、输入滤波电感、单相H桥电路、直流侧滤波电容及负载；所述单相PWM整流器的控制器包含锁相环、外层直流电压控环路和内层电流控制环路；

2)根据系统的状态空间模型，解析获得系统的稳态运行轨迹；

3)在系统稳态时间周期运行轨迹附近施加小信号干扰，在系统稳态时间周期运行轨迹附近对系统状态空间模型进行线性化，得到系统小信号时间周期模型；

4)利用得到的系统小信号时间周期模型，通过Toeplitz变换得到系统的Toeplitz矩阵；

5)利用系统的Toeplitz矩阵对系统稳定性进行评估，根据评估结果进行单相PWM整流器控制参数设计。

按上述方案，所述步骤1)中，根据单相PWM整流器的系统配置，建立整个系统的状态空间模型，具体如下：