一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法技术方案

本发明专利技术公开一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，包括以下步骤：步骤1：在单相整流器系统中注入扰动，测量交流侧响应的电压

【技术实现步骤摘要】
一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法
本专利技术涉及自动控制领域，具体涉及一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法。
技术介绍
随着对能量产生、传输和利用的更高要求，更多的电力电子转换器由于其高效率和灵活的控制而在当今的电力系统中投入使用；考虑到每个转换器的复杂控制，基于阻抗的稳定性分析方法被广泛采用；整个系统的稳定性可以通过分析级联或并联的每个子系统的外部阻抗或导纳来分析；多重谐波线性化方法和谐波传递函数矩阵方法的应用与分析中，揭示了整流器系统为MIMO系统，其阻抗矩阵为高阶矩阵；ShahilShah在单相逆变器阻抗建模中发现如果在交流侧考虑三次谐波分量模型更加准确；考虑三次谐波的影响，阻抗矩阵就变成4阶矩阵；目前验证方法中不同的单相整流器系统需要不同的验证方法，比较复杂；还没有通过注入扰动来直接计算矩阵的方法；并且如果通过注入扰动来直接计算会存在计算量大、扰动注入电路多且复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种只需要注入一个扰动，并适用于所有单相整流器系统阻抗模型的单相整流器系统阻抗模型的验证方法。本专利技术采用的技术方案是：一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，包括以下步骤：步骤1：在单相整流器系统中注入扰动，测量交流侧响应的电压vs和电流is；步骤2：根据步骤1得到的电压vs和电流is通过快速傅里叶变换方法提取频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位；并计算对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数；fp为扰动频率，f1为基波频率；步骤3：修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数；步骤4：将步骤3修正后的结果带入阻抗模型表达式，计算误差结果；步骤5：根据误差结果判据，判断模型正确性。进一步的，所述步骤3中修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数的过程如下：判断fp-f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果；判断fp-3f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果。进一步的，所述步骤2的具体过程如下：选择一个扰动角频率ωp，在交流电源侧注入一个电压扰动vptb；其中：vptb＝Vptbcos(ωp+ω1)t；式中，ω1为基波角频率，Vptb为扰动电压源峰值，t为时间；交流侧响应电压为vs，电流为is；根据下式获得频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位：式中：x表示电压或电流；N为采样点的数量；WN为蝶形因子，n表示第n个信号，k为第k个离散时间点，X(k)为第k个离散时间点提取的信号；根据得到的幅值和相位计算相应频率下的电压频谱系数Vn[fp+f1]、Vn[fp-f1]、Vn[fp+3f1]、Vn[fp-3f1]，电流频谱系数In[fp+f1]、In[fp-f1]、In[fp+3f1]、In[fp-3f1]。进一步的，所述步骤4中计算方法如下：其中：Z4×4为单相整流器系统阻抗矩阵，σ1、σ2、σ3、σ4为误差计算结果。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术为针对单相交流器系统高阶阻抗模型的验证方法，其测量方法简单、并且每个扰动频率只需要注入一个扰动；(2)本专利技术对频谱系数进行修正，可修正对交流电压、电流负频率频谱系数提取的缺陷进行修正，结算结果准确。附图说明图1为本专利技术电流扰动注入示意图。图2为本专利技术电压扰动注入示意图。图3为本专利技术的实际扰动vptb注入到实际电路的示意图。图4为本专利技术的PWM调制示意图。图5为本专利技术的测量频谱系数处理方式图。图6为本专利技术中fp＝10Hz测量结果复平面图。图7为本专利技术fp＝60Hz测量结果复平面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术通过向电路中注入一个扰动，测得交流侧电压和电流；利用快速傅里叶变换FFT方法提取交流侧电压、电流在|fp±f1|、|fp±3f1|频率下的幅值和相位，并计算对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数；判断fp-3f1、fp-f1结果是否为负，如果为负则对其绝对值频率下的频谱系数取共轭来获得负频率对应的频谱系数，最后代入阻抗验证表达式矩阵求误差量σ1、σ2、σ3、σ4，并带入误差判据来判断理论阻抗模型是否正确。具体过程如下：步骤1：在单相整流器系统中注入扰动，测量交流侧响应的电压vs和电流is；为了测量子系统的外部阻抗的值，需要注入扰动，如图1和图2所示；有两种类型的扰动，电压扰动和电流扰动，其与源的类型相关；在单相整流器系统中，注入电压扰动量为：vptb＝Vptbcos(ωp+ω1)t式中：ω1为基波角频率，Vptb为扰动电压源峰值，t为时间，ωp为扰动角频率，vptb为电压扰动。步骤2：根据步骤1得到的电压vs和电流is通过快速傅里叶变换方法提取频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位；并计算对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数；fp为扰动频率，f1为基波频率；根据下式获得频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位：式中：x表示电压或电流；N为采样点的数量；WN为蝶形因子，n表示第n个信号，k为第k个离散时间点，X(k)为第k个离散时间点提取的信号；根据得到的幅值和相位计算相应频率下的电压频谱系数Vn[fp+f1]、Vn[fp-f1]、Vn[fp+3f1]、Vn[fp-3f1]，电流频谱系数In[fp+f1]、In[fp-f1]、In[fp+3f1]、In[fp-3f1]。步骤3：修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数；判断fp-f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数Vn[fp-f1]和电流频谱系数In[fp-f1]取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果；判断fp-3f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数Vn[fp-3f1]和电流频谱系数In[fp-3f1]取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果。因为电压和电流在|fp±f1|、|fp±3f1|频率下的频谱系数都是正频率的频谱系数，而实际系统可能存在负频率，因此FFT的方法存在缺陷，所以需要进行修正。步骤4：将步骤3修正后的结果带入阻抗模型表达式，计算误差结果其中：Z4×4为单相整流器系统阻抗矩阵，σ1、σ2、σ3、σ4为误差计算结果。步骤5：根据误差结果判据，判断模型正确性判断|σi|≤ε是否成立，如果成立则阻抗模型准确，反之阻抗模型不准确，其中，ε为精度。下面通过具体实施例对本专利技术的有效性和正确性进行验证。在Matlab/Simulink搭建一个简单的模型，即开环控制的电压整流器如图3所示；该整流器为CRH3型动车组四象限整流器电路，来验证该方法的有效性和正确性；该电路使用了电压源，所以选择图2的扰动方式；整流器采用开环控制策略，正弦信号m设置峰值为M1初始相位为为θm1，经过PWM调制输出4路信号到4个IGBT，如图4所示；控制直流侧电压vd稳定在3000V；vs为交流电压源，幅值为V1，相位为0，频率为f1＝50Hz；Rs、Ls为电压源vs的等效电阻、电抗；Rn、Ln为牵引变压器的等效电阻、电抗；Cd为输出侧电容、Rd为逆变器的等效电阻；开关频率fsw为350Hz；采样频率f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在单相整流器系统中注入扰动，测量交流侧响应的电压vs和电流is；步骤2：根据步骤1得到的电压vs和电流is通过快速傅里叶变换方法提取频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位；并计算对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数；fp为扰动频率，f1为基波频率；步骤3：修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数；步骤4：将步骤3修正后的结果带入阻抗模型表达式，计算误差结果；步骤5：根据误差结果判据，判断模型正确性。

【技术特征摘要】
1.一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在单相整流器系统中注入扰动，测量交流侧响应的电压vs和电流is；步骤2：根据步骤1得到的电压vs和电流is通过快速傅里叶变换方法提取频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位；并计算对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数；fp为扰动频率，f1为基波频率；步骤3：修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数；步骤4：将步骤3修正后的结果带入阻抗模型表达式，计算误差结果；步骤5：根据误差结果判据，判断模型正确性。2.根据权利要求1所述的一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，其特征在于，所述步骤3中修正步骤2得到的电压频谱系数和电流频谱系数的过程如下：判断fp-f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果；判断fp-3f1是否小于0，若是则对对应频率下的电压频谱系数和电流频谱系数取共轭作为新的电压频谱系数和电流频谱系数；若否则保留原计算结果。3.根据权利要求1所述的一种单相整流器系统阻抗模型的验证方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：选择一个扰动角频率ωp，在交流电源侧注入一个电压扰动vptb；其中：vptb＝Vptbcos(ωp+ω1)t；式中，ω1为基波角频率，Vptb为扰动电压源峰值，t为时间；交流侧响应电压为vs，电流为is；根据下式获得频率在|fp±f1|、|fp±3f1|下的幅值和相位：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，张晗，李志远，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51