一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法技术

本发明专利技术公开了一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法，包括步骤一、单相电流型全桥逆变器的状态方程的建立；步骤二、单相电流型全桥逆变器的状态方程的转换；步骤三、单相电流型全桥逆变器的离散时间建模。本发明专利技术方法步骤简单，设计合理，在电流型全桥逆变器中状态方程系数矩阵出现不可逆时，采用该离散时间建模方法能够建立单相电流型全桥逆变器准确的离散迭代模型，为单相电流型全桥逆变器的非线性动力学行为分析提供基础，实用性强。

A Discrete-Time Modeling Method for Single-Phase Current-Source Full-Bridge Inverter

The invention discloses a discrete-time modeling method for single-phase current-source full-bridge inverters, which includes step 1, the establishment of the state equation of single-phase current-source full-bridge inverters, step 2, the transformation of the state equation of single-phase current-source full-bridge inverters, and step 3, the discrete-time modeling of single-phase current-source full-bridge inverters. The method has simple steps and reasonable design. When the coefficient matrix of state equation appears irreversible in current-mode full-bridge inverters, the discrete-time modeling method can establish an accurate discrete iteration model of single-phase current-mode full-bridge inverters, which provides a basis for the analysis of the non-linear dynamic behavior of single-phase current-mode full-bridge inverters and has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法
本专利技术属于离散时间建模
，具体涉及一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法。
技术介绍
电流型逆变器具有升压特性，这一特点使得它在光伏并网发电中直流侧光伏的电池电压过低时仍能正常地工作。因此，电流型逆变器在光伏并网发电中具有潜在优势和应用价值，已经引起学者们的广泛关注。离散时间建模是基于单相电流型全桥逆变器状态变量的离散迭代映射，能够更为完整地获得单相电流型全桥逆变器信息，是分析单相电流型全桥逆变器非线性动力学行为的非常重要的理论工具。不少学者通过建立离散时间建模对电压型全桥逆变器的非线性动力学行为进行研究。目前主要是对电压型全桥逆变器进行了精确离散模型的建模，但是对电流型全桥逆变器的离散建模的研究工作却很少，尤其是当电流型全桥逆变器中状态方程系数矩阵出现不可逆时现有的离散建模方法已经不再适用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法，该方法步骤简单，设计合理，在电流型全桥逆变器中状态方程系数矩阵出现不可逆时，采用该离散时间建模方法能够建立单相电流型全桥逆变器准确的离散迭代模型，为单相电流型全桥逆变器的非线性动力学行为分析提供基础，实用性强。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法，该单相电流型全桥逆变器包括依次连接的电流源、逆变桥电路、滤波电路和负载，以及对所述逆变桥电路进行控制的控制模块，所述控制模块包括依次连接的减法器、PI调节器、比较器和反相器，所述减法器的一个输入端接有用于提供正弦参考电流的信号发生器，所述减法器的另一个输入端与滤波电路和负载的连接端相接，所述比较器的输入端接有三角波发生器；所述逆变桥电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述电流源的正极输出端与所述场效应管Q1的漏极和所述场效应管Q3的漏极均相接，所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的漏极相接，所述场效应管Q3的源极与所述场效应管Q4的漏极相接，所述场效应管Q2的源极、所述场效应管Q4的源极和所述电流源的负极均接地；所述滤波电路包括电容C和电感L，所述负载为电阻R，所述电容C的一端分两路，一路与电感L的一端相接，另一路与场效应管Q1的源极与场效应管Q2的漏极的连接端相接；所述电感L的另一端与电阻R的一端相接，所述电容C的另一端分两路，一路与电阻R的另一端相接，另一路与场效应管Q3的源极与场效应管Q4的漏极的连接端相接；所述比较器的输出端与场效应管Q1的栅极和场效应管Q4的栅极相接，所述反相器的输出端与场效应管Q2的栅极和场效应管Q3的栅极相接，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、单相电流型全桥逆变器的状态方程的建立：采用计算机建立单相电流型全桥逆变器的状态方程：其中，S表示开关函数，uc表示电容C的电压，C表示电容C的电容值，Is表示电流源的电流，iL表示电感L的电流，L表示电感L的电感值，R表示电阻R的电阻值，kp表示PI调节器的比例系数，τ表示PI调节器的积分时间常数,Iref表示信号发生器输出的正弦参考电流的最大值，ω表示所述正弦参考电流的角频率，icon表示PI调节器输出的控制电流，表示对时间的导数，t表示时间；步骤二、单相电流型全桥逆变器的状态方程的转换：步骤201、三角波发生器输出三角波信号至比较器，在一个三角波信号周期Ts内，所述逆变桥电路具有一个开关周期，所述逆变桥电路的一个开关周期内，所述逆变桥电路依次经过第一次导通、截止和第二次导通三种电路状态；其中，当逆变桥电路处于第一次导通状态时，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断；当逆变桥电路处于截止状态时，场效应管Q1和场效应管Q4关断，场效应管Q2和场效应管Q3导通；当逆变桥电路处于第二次导通状态时，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断；步骤202、当场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断时，S＝1；当场效应管Q1和场效应管Q4关断，场效应管Q2和场效应管Q3导通时，S＝0；并将逆变桥电路第一次导通状态转向截止状态的时刻与所述三角波信号周期Ts的比值记第一比值d1，将逆变桥电路截止状态转向第二次导通状态的时刻与所述三角波信号周期Ts的比值记作第二比值d2；步骤203、采用所述计算机设定状态变量x＝[uciLicon]T，将步骤一中的单相电流型全桥逆变器的状态方程式转换为矩阵，得到单相电流型全桥逆变器的状态矩阵：其中，Az表示在逆变桥电路三种电路状态下的状态变量的系数，Bz表示在逆变桥电路三种电路状态下的电流源的系数，Fz表示在逆变桥电路三种电路状态下的正弦参考电流的导数系数，Gz表示在逆变桥电路三种电路状态下的正弦参考电流的系数；当逆变桥电路处于第一次导通状态，则z取1；当逆变桥电路处于截止状态，则z取2；当逆变桥电路处于第二次导通状态，则z取3；且步骤三、单相电流型全桥逆变器的离散时间建模：步骤301、将记作采用所述计算机调取频闪映射模块，对所述单相电流型全桥逆变器的状态矩阵进行频闪映射，得到状态变量x的频闪映射模型，如下式：xn+1＝S1xn+S2Is+S3Irefcosω(nTs)+S4Irefsinω(nTs)其中，n表示第n个开关周期，n为自然数，n＝0表示初始状态，且x0＝[000]T，xn表示状态变量x在第n个开关周期的频闪映射模型，xn+1表示状态变量x在第n+1个开关周期的频闪映射模型；步骤302、采用所述计算机调取两点高斯求积分模块，得到如下式：步骤303、采用所述计算机根据式(一)得到在第n+1个开关周期中逆变桥电路第一次导通状态转向截止状态的时刻的频闪映射模型，即第一状态频闪映射模型，如下式：其中，表示在第n+1个开关周期中逆变桥电路第一次导通状态转向截止状态的时刻的频闪映射模型；步骤304、采用所述计算机根据公式(一)得到在第n+1个开关周期中逆变桥电路截止状态转向第二次导通状态的时刻的频闪映射模型，即第二状态频闪映射模型，如下式：其中，表示在第n+1个开关周期中逆变桥电路截止状态转向第二次导通状态的时刻的频闪映射模型；步骤305、采用所述计算机将式(二)带入式(三)中，并从步骤303中的第一状态频闪映射模型中得到控制电流icon的第一频闪映射模型并记作icon,n+11(d1Ts)；并采用所述计算机将式(二)带入式(四)中，并从步骤304中的第二状态频闪映射模型中得到控制电流icon的第二频闪映射模型并将记作icon,n+12(d2Ts)；步骤306、采用所述计算机建立第一比值d1和第二比值d2的表达式，如下式：σ1(icon,n+11(d1Ts),d1)＝icon,n+11(d1Ts)+Vtri-4Vtrid1(五)σ2(icon,n+12(d2Ts),d2)＝icon,n+12(d2Ts)+Vtri-4Vtri(1-d2)(六)；并采用所述计算机使σ1(icon,n+11(d1Ts),d1)＝icon,n+11(d1Ts)+Vtri-4Vtrid1等于零和σ2(icon,n+12(d2Ts),d2)＝icon,n+12(d2Ts)+Vtri本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法，该单相电流型全桥逆变器包括依次连接的电流源(1)、逆变桥电路(2)、滤波电路(3)和负载(4)，以及对所述逆变桥电路(2)进行控制的控制模块，所述控制模块包括依次连接的减法器(7)、PI调节器(8)、比较器(10)和反相器(11)，所述减法器(7)的一个输入端接有用于提供正弦参考电流的信号发生器(6)，所述减法器(7)的另一个输入端与滤波电路(3)和负载(4)的连接端相接，所述比较器(10)的输入端接有三角波发生器(9)；所述逆变桥电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述电流源(1)的正极输出端与所述场效应管Q1的漏极和所述场效应管Q3的漏极均相接，所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的漏极相接，所述场效应管Q3的源极与所述场效应管Q4的漏极相接，所述场效应管Q2的源极、所述场效应管Q4的源极和所述电流源(1)的负极均接地；所述滤波电路(3)包括电容C和电感L，所述负载(4)为电阻R，所述电容C的一端分两路，一路与电感L的一端相接，另一路与场效应管Q1的源极与场效应管Q2的漏极的连接端相接；所述电感L的另一端与电阻R的一端相接，所述电容C的另一端分两路，一路与电阻R的另一端相接，另一路与场效应管Q3的源极与场效应管Q4的漏极的连接端相接；所述比较器(10)的输出端与场效应管Q1的栅极和场效应管Q4的栅极相接，所述反相器(11)的输出端与场效应管Q2的栅极和场效应管Q3的栅极相接，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、单相电流型全桥逆变器的状态方程的建立：采用计算机建立单相电流型全桥逆变器的状态方程：...

【技术特征摘要】
1.一种单相电流型全桥逆变器的离散时间建模方法，该单相电流型全桥逆变器包括依次连接的电流源(1)、逆变桥电路(2)、滤波电路(3)和负载(4)，以及对所述逆变桥电路(2)进行控制的控制模块，所述控制模块包括依次连接的减法器(7)、PI调节器(8)、比较器(10)和反相器(11)，所述减法器(7)的一个输入端接有用于提供正弦参考电流的信号发生器(6)，所述减法器(7)的另一个输入端与滤波电路(3)和负载(4)的连接端相接，所述比较器(10)的输入端接有三角波发生器(9)；所述逆变桥电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述电流源(1)的正极输出端与所述场效应管Q1的漏极和所述场效应管Q3的漏极均相接，所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的漏极相接，所述场效应管Q3的源极与所述场效应管Q4的漏极相接，所述场效应管Q2的源极、所述场效应管Q4的源极和所述电流源(1)的负极均接地；所述滤波电路(3)包括电容C和电感L，所述负载(4)为电阻R，所述电容C的一端分两路，一路与电感L的一端相接，另一路与场效应管Q1的源极与场效应管Q2的漏极的连接端相接；所述电感L的另一端与电阻R的一端相接，所述电容C的另一端分两路，一路与电阻R的另一端相接，另一路与场效应管Q3的源极与场效应管Q4的漏极的连接端相接；所述比较器(10)的输出端与场效应管Q1的栅极和场效应管Q4的栅极相接，所述反相器(11)的输出端与场效应管Q2的栅极和场效应管Q3的栅极相接，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、单相电流型全桥逆变器的状态方程的建立：采用计算机建立单相电流型全桥逆变器的状态方程：其中，S表示开关函数，uc表示电容C的电压，C表示电容C的电容值，Is表示电流源(1)的电流，iL表示电感L的电流，L表示电感L的电感值，R表示电阻R的电阻值，kp表示PI调节器(8)的比例系数，τ表示PI调节器(8)的积分时间常数,Iref表示信号发生器(6)输出的正弦参考电流的最大值，ω表示所述正弦参考电流的角频率，icon表示PI调节器(8)输出的控制电流，表示对时间的导数，t表示时间；步骤二、单相电流型全桥逆变器的状态方程的转换：步骤201、三角波发生器(9)输出三角波信号至比较器(10)，在一个三角波信号周期Ts内，所述逆变桥电路(3)具有一个开关周期，所述逆变桥电路(3)的一个开关周期内，所述逆变桥电路(3)依次经过第一次导通、截止和第二次导通三种电路状态；其中，当逆变桥电路(3)处于第一次导通状态时，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断；当逆变桥电路(3)处于截止状态时，场效应管Q1和场效应管Q4关断，场效应管Q2和场效应管Q3导通；当逆变桥电路(3)处于第二次导通状态时，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断；步骤202、当场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3关断时，S＝1；当场效应管Q1和场效应管Q4关断，场效应管Q2和场效应管Q3导通时，S＝0；并将逆变桥电路(3)第一次导通状态转向截止状态的时刻与所述三角波信号周期Ts的比值记第一比值d1，将逆变桥电路(3)截止状态转向第二次导通状态的时刻与所述三角波信号周期Ts的比值记作第二比值d2；步骤203、采用所述计算机设定状态变量x＝[uciLicon]T，将步骤一中的单相电流型全桥逆变器的状态方程式转换为矩阵，得到单相电流型全桥逆变器的状态矩阵：其中，Az表示在逆变桥电路(3)三种电路状态下的状态变量的系数，Bz表示在逆变桥电路(3)三种电路状态下的电流源的系数，Fz表示在逆变桥电路(3)三种电路状态下的正弦参考电流的导数系数，Gz表示在逆变桥电路(3)三种电路状态下的正弦参考电流的系数；当逆变桥电路(3)处于第一次导通状态，则z取1；当逆变桥电路(3)处于截止状态，则z取2；当逆变桥电路(3)处于第二次导通状态，则z取3；且步骤三、单相电流型全桥逆变器的离散时间建模：步骤301、将记作采用所述计算机调取频闪映射模块，对所述单相电流型全桥逆变器的状态矩阵进行频闪映射，得到状态变量x的频闪映射模型，如下式：其中，n表示第n个开关周期，n为自然数，n＝0表示初始状态，且x0＝[000]T，xn表示状态变量x在第n个开关周期的频闪映射模型，xn+1表示状态变量x在第n+1个开关周期的频闪映射模型；步骤302、采用所述计算机调取两点高斯求积分模块，得到如下式：步骤303、采用所述计算机根据式(一)得到在第n+1个开关周期中逆变桥电路(3)第一次导通状态转向截止状态的时刻的频闪映射模型，即第一状态频闪映射模型，如下式：其中，表示在第n+1个开关周期中逆变桥电路(3)第一次导通状态转向截止状态的时刻的频闪映射模型；步骤304、采用所述计算机根据公式(一)得到在第n+1个开关周期中逆变桥电路(3)截止状态转向第二次导通状态的时刻的频闪映射模型，即第二状态频闪映射模型，如下式：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方，康祯，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61