一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型；步骤2：根据步骤1构建的数学模型建立时域非线性动态平均模型；步骤3：根据步骤2中的时域非线性动态平均模型求系统平衡点；步骤4：根据混合势函数理论稳定性判据，单相脉冲整流器系统的信号稳定性判据；本发明专利技术运用时域非线性模型，使系统模型清晰简洁；基于混合势理论得出整流器一些参数会对系统的稳定性产生影响。

A stability analysis method of single-phase pulse rectifier on the networking side of EMU

【技术实现步骤摘要】
一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法
本专利技术涉及动车组网侧单相脉冲整流器
，具体涉及一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法。
技术介绍
随着大量功率电子元件的应用，动车组网侧单相脉冲整流器已经成为一个非常复杂的非线性系统，于此同时也带来了一些新的问题。最近，人们越来越关注动车组网侧单相脉冲整流器尤其是其稳定性。尽管许多研究致力于三相电压源整流器的稳定性分析，但对动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析却很少关注。黄勐等分析了三相VSC的不稳定现象，但尚不清楚单相VSC是否会不稳定。因此，单相VSC的稳定性分析对于电力电子系统是必要的。为了解释不稳定性，首先要建立一个系统模型。张晗等人提出了一种阻抗建模方法来分析单相电压源整流器的稳定性。Kwon等人使用谐波状态空间法对小信号进行建模分析系统的稳定性。然后，采用了一些不同的理论来分析系统的稳定性。Shakerighadi等人总结了常用的非线性稳定性判据，如Lyapunov稳定性分析，描述函数法。Lyapunov稳定性分析方法主要用于设计控制器，很难找到合适的Lyapunov函数；描述函数法是从频率域的角度研究非线性控制系统的稳定性的一种等效线性化方法，在此不适用。一些大信号稳定性方法，如混合势函数理论在相关文献中被提及。GolestanS等人建立了单相电压源整流器模型，并利用特征值方法分析了谐波传递函数的动态谐波特性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种基于混合势函数理论的动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法。本专利技术采用的技术方案是：一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型；步骤2：根据步骤1构建的数学模型建立时域非线性动态平均模型；步骤3：根据步骤2中的时域非线性动态平均模型求系统平衡点；步骤4：根据混合势函数理论稳定性判据，单相脉冲整流器系统的信号稳定性判据。进一步的，所述步骤1中的数学模型如下：式中：Ln为动车组牵引侧等效漏感，Cd为直流侧支撑电容，id和iq分别为动车组网侧单相脉冲整流器的电流in转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量；t为时间，Rn为线路电阻，ω为动车组网侧单相脉冲整流器的电压基波角频率，dd和dq分别为开关函数d转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，udc为中间直流侧电压，ed和eq分别为动车组网侧单相脉冲整流器的电压en转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，Rd为直流侧电阻。进一步的，所述步骤2中时域非线性动态平均模型如下：式中：为x的导数，x为六个独立变量，x＝[id,iq,udc,mid,miq,mdc]T，其中，和分别为动车组网侧电流in转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量的参考值，v为控制变量，v＝[ddudc,dqudc]T，u为输入变量，且usd和usq分别为动车组网侧电压us转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，为直流侧电压的参考值。进一步的，所述步骤3中系统平衡点求解方法如下：根据动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型得：根据KVL定理，流经网侧电感Ls的电压表示为：式中：usd为动车组网侧电压us转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，usq为动车组网侧电压us转换到两相旋转坐标系下的无功分量，Rs为网侧等效电阻；假设：式中：为输入电流的参考值；mdc为电压环微分方程中间变量，mid为电流环d轴微分方程中间变量，miq为电流环q轴微分方程中间变量；根据式(3)～(5)得到微分方程：式中：f1(id)、f2(iq)、f3(udc)、f4(mdc)、f5(mid)和f6(miq)分别为以id、iq、udc、mdc、mid、miq为变量的微分方程；Kii、Kip、Kui和Kup分别为电流内环和电压外环的PI参数；求解式(6)和式(7)即可得到系统平衡点：式中：Id为输入电流in的d轴分量id的稳态值，Iq为输入电流in的q轴分量iq的稳态值，Kii和Kui分别为电流内环和电压外环的I参数，udc*为直流侧电压的参考值。进一步的，所述步骤4具体过程如下：电流势函数如下：式中：vμ为μ个回路的电压值，iμ为μ个回路的电流值，io为网侧等效电流源的输入电流；在电容上的总能量为：式中：σ为电容个数，iσ为第σ个电容上流经的电流，vσ为第σ个电容上的电压；根据式(9)和式(10)得到混合势函数P(i.v)为：式中：i为总电流，v为总电压；定义：式中：A(i)为电流势函数，B(v)为电压势函数，γ是由1、-1和0组成的常数矩阵。得到：式中：Aii(i)为电流势函数对电流的二阶偏导，Bvv(v)为电压势函数对电压的二阶偏导；其中:式中：vkd为整流器输入电压，Kip、Kup别为电流内环和电压外环的P参数值；式中：L为电感值，C为电容值；根据μ1+μ2＞0即可得到单相脉冲整流器系统的信号稳定性判据。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于时域非线性动态平均模型，通过混合势函数理论分析系统的稳定情况，分析更加准确，为分析单相整流器的稳定性提供了新思路。附图说明图1为本专利技术动车组网侧单相脉冲整流器电路图。图2为本专利技术动车组网侧单相脉冲整流器等效电路图。图3为本专利技术电流内环控制框图。图4为本专利技术电压外环控制框图。图5为本专利技术动车组网侧单相脉冲整流器随系统参数变化的稳定性边界图。图6为采用本专利技术方法在Matlab/Simulink中搭建动车组网侧单相脉冲整流器的仿真结果示意图。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。一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型；针对两电平拓扑结构，受电弓从接触网取流，经车载变压器降压后作为整流器的输入，整流器将输入的单相交流电压变换成稳定的直流电压。根据图1所示，通过对交流侧、直流侧分别列写基尔霍夫第一、第二定律KCL、KVL方程，得到动车组网侧脉冲整流器的dq坐标系下的数学模型。数学模型如下：式中：Ln为动车组牵引侧等效漏感，Cd为直流侧支撑电容，id和iq分别为动车组网侧单相脉冲整流器的电流in转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量；t为时间，Rn为线路电阻，ω为动车组网侧单相脉冲整流器的电压基波角频率，dd和dq分别为开关函数d转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，udc为中间直流侧电压，ed和eq本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型；/n步骤2：根据步骤1构建的数学模型建立时域非线性动态平均模型；/n步骤3：根据步骤2中的时域非线性动态平均模型求系统平衡点；/n步骤4：根据混合势函数理论稳定性判据，单相脉冲整流器系统的信号稳定性判据。/n

【技术特征摘要】
1.一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型；
步骤2：根据步骤1构建的数学模型建立时域非线性动态平均模型；
步骤3：根据步骤2中的时域非线性动态平均模型求系统平衡点；
步骤4：根据混合势函数理论稳定性判据，单相脉冲整流器系统的信号稳定性判据。


2.根据权利要求1所述的一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤1中的数学模型如下：



式中：Ln为动车组牵引侧等效漏感，Cd为直流侧支撑电容，id和iq分别为动车组网侧单相脉冲整流器的电流in转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量；t为时间，Rn为线路电阻，ω为动车组网侧单相脉冲整流器的电压基波角频率，dd和dq分别为开关函数d转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，udc为中间直流侧电压，ed和eq分别为动车组网侧单相脉冲整流器的电压en转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，Rd为直流侧电阻。


3.根据权利要求2所述的一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤2中时域非线性动态平均模型如下：



式中：为x的导数，x为六个独立变量，x＝[id,iq,udc,mid,miq,mdc]T，其中，和分别为动车组网侧电流in转换到dq两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量的参考值，v为控制变量，v＝[ddudc,dqudc]T，u为输入变量，且usd和usq分别为动车组网侧电压us转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，为直流侧电压的参考值。


4.根据权利要求3所述的一种动车组网侧单相脉冲整流器的稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤3中系统平衡点求解方法如下：
根据动车组网侧单相脉冲整流器的dq坐标系下数学模型得：



根据KVL定理，流经网侧电感Ls的电压表示为：



式中：usd为动车组网侧电压us转换到两相旋转坐标系下的有功分量和无功分量，usq为动车组...

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