一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，包括如下步骤：⑴建立一个功率换流器系统，它包括：一个三相平衡电压源，等效参数为Req、Leq和Ceq的传输线，三相6脉冲可控整流器，由Ldc、Cdc和各自的等效串联阻抗rL、rC组成的直流滤波器以及IGBT控制的buck型降压斩波环节；⑵运用DQ变换理论分析三相整流环节和GSSA方法分别分析buck型降压斩波环节，建立功率换流器系统模型参数；⑶结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节，分析功率换流器系统在电源电压波动时的响应情况，进一步证明DQ和GSSA混合控制模型的性能，然后根据该性能，选择应用于电动汽车充电站、金属热加工、风电场换流站以及变频器驱动。

A dynamic model analysis method for Buck Power Converter Based on GSSA

The present invention relates to a GSSA-based dynamic model analysis method for buck-type power converter. The method comprises the following steps: (1) establishing a power converter system, which comprises a three-phase balanced voltage source, a transmission line with equivalent parameters Req, Leq and Ceq, a three-phase six-pulse controllable rectifier connected in series by Ldc, Cdc and their respective equivalent series. DC filter composed of impedance rL and rC and buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type chopper link controlled by IGBT; _Three-phase rectifier link and GSSA method are used to analyze buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type buck-type chopper link respectively, The performance of the hybrid control model of DQ and GSSA is further proved by analyzing the response of the power converter system when the power supply voltage fluctuates. According to the performance, the hybrid control model is selected to be applied to electric vehicle charging station, metal hot working, wind farm converter station and inverter drive.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法
本专利技术属于电力系统控制领域，涉及变频器，尤其是一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法。
技术介绍
功率换流器广泛应用于各种场合，如电动汽车充电站、金属热加工、风电场换流站以及变频器驱动等领域。众所周知，由于开关器件的动作行为，功率换流器模型通常是时变的，而经典线性控制理论常用来分析和设计这种模型。第一种常用方法是广义状态空间平均法(GeneralizedState-SpaceAveraging，GSSA)。这种方法主要用于分析在直流分布系统中的各种功率换流器，单相交流分布系统中的可控和不可控整流器以及三相系统中的6脉波和12脉波二极管整流器。第二种是平均值模型法，这种方法主要用于6脉波和12脉波二极管整流器。这种方法把整流器等效为一个恒定的直流电压源，但是它不适用于分析带有多级功率换流器的交流系统。另外一种广泛用于交流系统的技术是DQ变换理论，此时功率换流器可以看做是变压器。经检索，未发现与本专利申请内容相关的专利文献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种建立的模型在瞬时响应和稳态过程方面具有良好的性能的基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法。其中DQ变换理论用于分析包括交流侧传输线在内的三相可控整流器部分，而GSSA用于分析斩波环节。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，包括如下步骤：⑴建立一个功率换流器系统，它包括：一个三相平衡电压源，等效参数为Req、Leq和Ceq的传输线，三相6脉冲可控整流器，由Ldc、Cdc和各自的等效串联阻抗rL、rC组成的直流滤波器以及IGBT控制的buck型降压斩波环节；⑵运用DQ变换理论分析三相整流环节和GSSA方法分别分析buck型降压斩波环节，建立功率换流器系统模型参数；⑶结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节，分析功率换流器系统在电源电压波动时的响应情况，进一步证明DQ和GSSA混合控制模型的性能，然后根据该性能，选择应用于电动汽车充电站、金属热加工、风电场换流站以及变频器驱动，根据上述分析，得出功率换流器系统的DQ+DSSA动态时不变模型。而且，所述步骤⑴中，定义晶闸管的触发导通角为α，对应的功率器件的开关函数为Sa，利用傅里叶级数可以将开关函数Sa展开：三相可控整流器转化为两相旋转坐标下，其中借助于式2，将开关函数转化到DQ旋转坐标系下：而且，所述步骤⑵，DQ变换中，Vs：相电压峰值；Iin：电流峰值；Vbus：交流母线电压峰值；S：开关信号的峰值，即当用广义状态空间平均法分析功率换流器时，换流器通常工作在连续导通模式下，即：其中，d表示图1中开关Sl的占空比，对于功率换流器，当开关Sl断开时，ICPL＝IL，Vdc＝Vin；而当开关Sl闭合时，同时假设二极管压降为0，则ICPL＝0，Vin＝0，因此它们之间的关系表达式为：结合式4、5，利用KVL和KCL定律，对简化等效电路进行分析，可以得出如下的微分方程：而且，所述步骤⑵，GSSA方法中，将变量Isd，Isq，Vbus,d，Vbus,q，Idc，Vdc，IL，Vo对应的傅里叶级数展开时的系数作为状态变量，同时不考虑直流纹波，将8个状态变量定义如下：而且，所述步骤⑶中，结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节的对应的状态空间表达式为：其中，状态空间变量：本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术专利设计了一种基于DQ和GSSA混合控制模型下的功率换流器系统。通过DQ建立的整流环节模型和GSSA方法建立的斩波环节，建立功率换流器系统模型参数，通过仿真和试验验证了功率换流器系统的性能，当应用于电动汽车充电站、金属热加工、风电场换流站以及变频器驱动等系统时，功率因数高，满足电网并网要求。附图说明图1为本专利技术中的功率换流器动态模型等值电路；图2为本专利技术中的DQ分析矢量图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，包括如下步骤：⑴建立一个功率换流器系统，它包括：一个三相平衡电压源，等效参数为Req、Leq和Ceq的传输线，三相6脉冲可控整流器，由Ldc、Cdc和各自的等效串联阻抗rL、rC组成的直流滤波器以及IGBT控制的buck型降压斩波环节；定义晶闸管的触发导通角为α，对应的功率器件的开关函数为Sa，利用傅里叶级数可以将三相6脉冲可控整流器的开关函数Sa展开：三相可控整流器转化为两相旋转坐标下，其中借助于式2，将开关函数转化到DQ旋转坐标系下：⑵运用DQ变换理论分析三相整流环节和GSSA方法分别分析buck型降压斩波环节，建立功率换流器系统模型参数；其中，DQ变换的矢量图如图2所示，其中，Vs：相电压峰值；Iin：电流峰值；Vbus：交流母线电压峰值；S：开关信号的峰值，即当用广义状态空间平均法分析功率换流器时，换流器通常工作在连续导通模式下，即：其中，d表示图1中开关Sl的占空比。对于图1的功率换流器，当开关Sl断开时，ICPL＝IL，Vdc＝Vin；而当开关Sl闭合时，同时假设二极管压降为0，则ICPL＝0，Vin＝0。因此它们之间的关系表达式为：结合式4、5，利用KVL和KCL定律，对图1的简化等效电路进行分析，可以得出如下的微分方程：虽然借助DQ变换理论，减少了三相整流器开关动作的行为，但是由于式(6)中时变量u(t)的存在，buck型功率换流器仍然具有时变特性。因而结合GSSA方法，将变量Isd，Isq，Vbus,d，Vbus,q，Idc，Vdc，IL，Vo对应的傅里叶级数展开时的系数作为状态变量，同时不考虑直流纹波，将8个状态变量定义如下：⑶结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节，分析功率换流器系统在电源电压波动时的响应情况，进一步证明DQ和GSSA混合控制模型的性能，对应的状态空间表达式为：其中，状态空间变量：然后根据该性能，选择应用于电动汽车充电站、金属热加工、风电场换流站以及变频器驱动等系统，根据上述分析，可以得出功率换流器系统的DQ+DSSA动态时不变模型。尽管为说明目的公开了本专利技术的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本专利技术及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本专利技术的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，其特征在于：包括如下步骤：⑴建立一个功率换流器系统，它包括：一个三相平衡电压源，等效参数为Req、Leq和Ceq的传输线，三相6脉冲可控整流器，由Ldc、Cdc和各自的等效串联阻抗rL、rC组成的直流滤波器以及IGBT控制的buck型降压斩波环节；⑵运用DQ变换理论分析三相整流环节和GSSA方法分别分析buck型降压斩波环节，建立功率换流器系统模型参数；⑶结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节，分析功率换流器系统在电源电压波动时的响应情况，进一步证明DQ和GSSA混合控制模型的性能，然后根据该性能，选根据上述分析，得出功率换流器系统的DQ+DSSA动态时不变模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，其特征在于：包括如下步骤：⑴建立一个功率换流器系统，它包括：一个三相平衡电压源，等效参数为Req、Leq和Ceq的传输线，三相6脉冲可控整流器，由Ldc、Cdc和各自的等效串联阻抗rL、rC组成的直流滤波器以及IGBT控制的buck型降压斩波环节；⑵运用DQ变换理论分析三相整流环节和GSSA方法分别分析buck型降压斩波环节，建立功率换流器系统模型参数；⑶结合不同触发角和占空比控制下晶闸管和IGBT斩波环节，分析功率换流器系统在电源电压波动时的响应情况，进一步证明DQ和GSSA混合控制模型的性能，然后根据该性能，选根据上述分析，得出功率换流器系统的DQ+DSSA动态时不变模型。2.根据权利要求1所述的基于GSSA的buck型功率换流器动态模型分析方法，其特征在于：步骤⑴中，定义晶闸管的触发导通角为α，对应的功率器件的开关函数为Sa，利用傅里叶级数可以将开关函数Sa展开：三相可控整流器转化为两相旋转坐标下，其中借助于式2，将开关函数转化到DQ旋转坐标系下：3.根据权利要求2所述的基于GSSA的buck型功...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱辉，黄潇潇，陶宇航，何岩岩，付剑雄，张庆堃，吴树茂，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津,12