一种获取电力电子变换器潜在电路现象的网孔组合法制造技术

本发明专利技术提供一种获取电力电子变换器潜在电路现象的网孔组合法，将电力电子变换器的电路拓扑视为由若干个独立网孔组成，网孔间进行组合运算，得到变换器中所有的子电路，根据电路基本原理和电力电子变换器的工作原理，剔除无效子电路，剩下的子电路即为有效工作模态，将有效工作模态根据变换器中开关元件的导通、关断规律，组合得到所有工作模式，与正常工作模式不同的即为潜在电路现象，由此得到电力电子变换器中的潜在电路现象。本发明专利技术简化了潜在电路现象分析步骤，分析结果更全面，无潜在电路现象的遗漏。本发明专利技术可用于各种电力电子变换器的潜在电路现象研究。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，将电力电子变换器的电路拓扑视为由若干个独立网孔组成，网孔间进行组合运算，得到变换器中所有的子电路，根据电路基本原理和电力电子变换器的工作原理，剔除无效子电路，剩下的子电路即为有效工作模态，将有效工作模态根据变换器中开关元件的导通、关断规律，组合得到所有工作模式，与正常工作模式不同的即为潜在电路现象，由此得到电力电子变换器中的潜在电路现象。本专利技术简化了潜在电路现象分析步骤，分析结果更全面，无潜在电路现象的遗漏。本专利技术可用于各种电力电子变换器的潜在电路现象研究。【专利说明】
本专利技术属于可靠性分析和安全诊断领域，涉及。
技术介绍
潜在电路现象是电气电子系统中存在的一种潜藏现象，正常情况下，该现象不会出现，当激励条件得到满足时，潜在电路现象出现。潜在电路现象的出现会抑制电气电子系统期望的功能，或引入非期望功能，严重影响系统运行的安全可靠性。研究潜在电路现象的分析方法，可以预先获得系统中的潜在电路现象，从而采取合理措施预防该现象的发生，有效提高系统的安全可靠性。电力电子变换器是典型的电气系统，潜在电路现象是其固有现象，但是由于电力电子变换器工作在开关状态，有别于传统的电气电子系统，故现有的潜在电路分析方法无法应用于电力电子变换器，需研究适用于电力电子变换器的潜在电路现象分析法。目前，适用于电力电子变换器的潜在电路现象分析的主要方法有：广义连接矩阵法和开关布尔矩阵法。但广义连接矩阵法只能得到潜在电路路径，而电力电子变换器是以工作模态为最小工作单元，故还需要在得到潜在电路路径的基础上设法组合出变换器的工作模态，潜在电路现象分析步骤复杂、工作量较大；开关布尔矩阵法虽然可以直接分析得到工作模态，但在分析过程中只考虑了开关元件的通断特性，容易遗漏储能元件在能量释放完毕后的特殊情况，造成潜在电路现象分析结果不完整。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供。本专利技术所提出的电力电子变换器潜在电路现象的网孔组合法，无需分析潜在路径，直接得到电力电子变换器的所有工作模态及工作模式，且还能获得潜在电路现象及其工作波形。故本专利技术与现有潜在电路分析方法相比，可以用计算机自动实现电力电子变换器的潜在电路分析，有效地减少工作量，且分析结果全面、无遗漏。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：，其将电力电子变换器的电路拓扑视为由若干个独立网孔组成；对不同的网孔间进行“并（U)”和“环和（十）组合运算，运算结果为电力电子变换器中的子电路；根据电路基本原理和电力电子变换器的工作原理，得到子电路的约束条件，利用子电路的约束条件剔除无效子电路，剩下的即为有效工作模态；将有效工作模态根据变换器中开关元件的导通、关断规律，组合得到变换器的所有工作模式，将得到的变换器的所有工作模式与变换器的正常工作模式做比较，与正常工作模式不同的即为潜在电路现象，由此得到电力电子变换器中的潜在电路现象。上述的网孔组合法中，将电力电子变换器的电路拓扑视为由若干个独立网孔组成，每个网孔用一个集合表示，网孔元素用构成网孔的变换器元件名称表示。上述的网孔组合法中，如果网孔之间没有共有元素，那么网孔之间的“环和”运算的结果与“并”运算的结果是一样的，即出现重复的组合运算结果，删除重复的组合运算结果。上述的网孔组合法中，所述约束条件用网孔元素运算式表示。上述的网孔组合法中，利用约束条件运算式，对所有不重复的子电路进行逐一判断，符合约束条件运算式的子电路为无效子电路，不符合的为有效工作模态。上述的网孔组合法中，变换器的正常工作模式包含变换器正常工作情况下对应的有效工作模态及其电流方向。上述的网孔组合法中，将变换器的所有工作模式与变换器的正常工作模式做比较，包含不同有效工作模态的工作模式，或包含不同电流方向的工作模式属于潜在电路现象。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果:1、可以直接得到潜在电路现象，简化了潜在电路现象分析步骤；2、分析结果更全面，无潜在电路现象的遗漏；3、可以用计算机实现电力电子变换器的潜在电路自动分析。【专利附图】【附图说明】图1是电力电子变换器潜在电路现象网孔组合法的工作流程图；图2是Cuk变换器原理图及其网孔定义；图3a~图3d是Cuk变换器四种有效工作模态的等效电路图；图4a、图4b是Cuk变换器的两种开关控制规律图；图5是Cuk变换器的电流方向定义图；图6a~图6f是Cuk变换器所有工作模式的电流方向图；图7a~图7e是Cuk变换器样机的不同工作模式实验结果图。【具体实施方式】以下结合Cuk变换器，对本专利技术技术方案的具体实施作进一步详细说明，但本专利技术的实施和保护范围不限于此。1、Cuk变换器的网孔定义Cuk变换器的原理图如图1所示，由4个独立网孔构成，分别为GpGyGyG415若将各网孔用集合表示，集合元素为网孔回路上的元件，其中Vi为输入直流电压源，S为功率开关管，D为功率二极管，LdP L2均为电感，CdP C为电容，R为电阻。故Cuk变换器的各个网孔可表示为=G1=IVi, L1, S}、G2= {S，CliDhG3=^, L2, C}、G4= {C，R}。2、Cuk变换器的子电路对Cuk电路的4个独立网孔进行“并(U )”和“环和(十)”运算，根据图的基本运算法则，如果两个集合之间无共有元素，那么它们的“环和”运算的结果与“并”运算的结果是一样的，由此得到的Cuk变换器网孔组合运算结果如表1所示。根据Cuk变换器中各个网孔的定义，上述组合运算结果可以转换为子电路，即Cuk变换器共有33个子电路。3、Cuk变换器的有效工作模态已知Cuk变换器的基本工作原理为:开关管S导通期间，二极管D承受反压关断，流过电感L1和L2的电流增大；开关管S关断期间，二极管D导通，为电感电流提供续流通道，电感电流减小。在Cuk变换器的33个子电路中，有些子电路不满足电路基本原理或Cuk变换器的基本工作原理，属于无效子电路，需要剔除。故建立Cuk变换器的工作约束条件如下：(I)开关管S和二极管D不能同时导通，否则会造成电容C1被短路；(2)流过电感L1和L2的电流同时为零或不为零；(3)电容C足够大，电容C将一直处于与负载R的并联状态。将上述3个约束条件转换为网孔元素运算式，可以得到剔除无效子电路的运算式为SXD=IL1^L2=X(I)CXR=O如果Cuk变换器的某个子电路表达式中所包含的元素满足式（I)中任意一个子式，那么该子电路属于无效子电路。对表1中Cuk变换器的33个子电路表达式进行逐一判断，剔除所有无效子电路后，剩下的子电路即为Cuk变换器的有效工作模态，包括：(I)G4 (编号 4);(2) Gi UU G4 (编号 27 )；(3) Gi UU (编号 28)；(4) Gi?(?2①C?3 U G4 (编号 30)。上述4个有效工作模态的等效电路分别如图3a~图3d所示，其中图3b对应于开关管S导通、二极管D关断的工作模态，图3c对应于二极管D导通、开关管S关断的工作模态，而图3a和3d均对应于开关管S和二极管D同时关断的工作模态。4、Cuk变换器的工作模式根据Cuk变换器的工作原理，Cuk变换器具有2种开关导通、关断规律，如图4所示。在图4a所示的控制规律I中，每个开关周期包含2个阶段，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取电力电子变换器潜在电路现象的网孔组合法，其特征在于：将电力电子变换器的电路拓扑视为由若干个独立网孔组成；对不同的网孔间进行“并（∪）”和“环和”组合运算，运算结果为电力电子变换器中的子电路；根据电路基本原理和电力电子变换器的工作原理，得到子电路的约束条件，利用子电路的约束条件剔除无效子电路，剩下的即为有效工作模态；将有效工作模态根据变换器中开关元件的导通、关断规律，组合得到变换器的所有工作模式，将得到的变换器的所有工作模式与变换器的正常工作模式做比较，与正常工作模式不同的即为潜在电路现象，由此得到电力电子变换器中的潜在电路现象。FDA0000382818980000011.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，丘东元，易根云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：