[发明专利]电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法

摘要

本发明涉及电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法，基于两电平三相逆变器的工作原理完成，具体方法包括：电力牵引交流传动两电平三相逆变器在正常及开关管故障模式下所对应的脉冲信息计算、各桥臂输出电压计算以及基于此的电力牵引交流传动两电平三相逆变器输出电压方程计算。本方法可实现离线仿真以及在线实时仿真系统中，两电平三相逆变器在正常工作状态下以及不同开关管故障状态下的仿真，并且可以实现正常工作状态以及不同开关管故障状态下的切换，弥补了现有仿真模型中无故障仿真模型的技术问题。

主权项

1.电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法，基于Matlab/Simulink环境，进行实时或者是离线的两电平三相逆变器正常工作以及故障模式下的仿真,电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法需做如下定义：两电平三相逆变器左边桥臂为A桥臂，中间桥臂为B桥臂，右边桥臂为C桥臂；A桥臂上开关管开关脉冲为P₁、A桥臂下开关管开关脉冲为P₂、B桥臂上开关管开关脉冲为P₃、B桥臂下开关管开关脉冲为P₄、C桥臂上开关管开关脉冲为P₅、C桥臂下开关管开关脉冲为P₆；每个开关管的开关脉冲由唯一的二维数组ST_Pi[2][n]描述其属性，其中数组中ST_Pi[0][n]～ST_Pi[0][n]记录单个仿真步长下开关管脉冲的变化属性（用不同的符号表示单个仿真步长下开关脉冲的变化，如1为上升沿，0为下降沿，-1为无变化）其中数组中ST_Pi[1][n]～ST_Pi[1][n]记录单个仿真步长下开关管脉冲的变化发生的时间点;电力牵引交流传动两电平三相逆变器故障建模仿真方法具体包括以下步骤：（1）根据输入脉冲计算单仿真步长下不同故障模式的开关信息：单仿真步长下不同故障模式下开关值k_i（i=1,2,3,4,5,6）的计算根据描述每个开关管的开关脉冲的唯一的二维数组ST_Pi[2][n]进行，同时可得到当前仿真步长下最终的开关状态P_i（i=1,2,3,4,5,6）;（a）正常工作情况的开关值计算：遍历数组ST_Pi[0][n]，找到单个仿真步长下开关管脉冲的变化次数n，当n>0时：ki=Σk=0n(-1)kSTPi[1][k](i=1,2,3,4,5,6)]]>P_i=ST_Pi[0][n](i=1,2,3,4,5,6)当n=0时：k_i=0(i=1,2,3,4,5,6)P_i=P_iP(i=1,2,3,4,5,6)其中P_iP为上个仿真步长结束后P_i的值;（b）开关管开路故障下，开关值计算：k_i=0(i=1,2,3,4,5,6)P_i=0(i=1,2,3,4,5,6)（2）根据不同开关管的开关信息，计算各桥臂在不同电流i（i_A、i_B、i_C）下的输出电压值，当i>0（i取i_A、i_B、i_C）时：ua=(1-k1)UdP1=1,P2=0ua=k1UdP1=0,P2=1ua=k1UdP1=0,P2=0]]>ub=(1-k3)UdP3=1,P4=0ub=k3UdP3=0,P4=1ub=k3UdP3=0,P4=0]]>uc=(1-k5)UdP5=1,P6=0uc=k5UdP5=0,P6=1uc=k5UdP5=0,P6=0]]>当i<0（i取i_A、i_B、i_C）时：ua=(1-k2)UdP1=1,P2=0ua=k2UdP1=0,P2=1ua=(1-k2)UdP1=0,P2=0]]>ub=(1-k4)UdP3=1,P4=0ub=k4UdP3=0,P4=1ub=(1-k4)UdP3=0,P4=0]]>uc=(1-k6)UdP5=1,P6=0uc=k6UdP5=0,P6=1uc=(1-k6)UdP5=0,P6=0]]>当i=0（i取i_A、i_B、i_C）时：ua=(1-k1)UdP1=1,P2=0ua=k2UdP1=0,P2=1ua=0P1=0,P2=0]]>ub=(1-k3)UdP3=1,P4=0ub=k4UdP3=0,P4=1ub=0P3=0,P4=0]]>uc=(1-k5)UdP5=1,P6=0uc=k6UdP5=0,P6=1uc=0P5=0,P6=0;]]>（3）根据计算所得到的各桥臂的输出电压值计算两电平三相逆变器的输出相电压值：（4）将（3）所获计算的结果u_a、u_b和u_c输出到牵引控制单元。