專利名稱：一種雙重四象限變流器仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四象限變流器仿真領(lǐng)域，特別是涉及一種雙重四象限變流器仿真方 法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在電 力電子技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段就可以觀察系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性， 尋求整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的最優(yōu)化，最大程度上降低成本，減少試驗(yàn)費(fèi)用，縮短研發(fā)周期， 提高效率。交流傳動(dòng)是我國(guó)鐵道牽引動(dòng)力發(fā)展的一個(gè)重要方向，四象限變流器是交流傳動(dòng)電 力機(jī)車的電源側(cè)變流器，在牽引時(shí)作為整流器，在再生制動(dòng)時(shí)作為逆變器。四象限變流器要 保證直流中間環(huán)節(jié)的電壓恒定，交流電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，還要消除諧波，使電網(wǎng)電流盡 量接近正弦，是交流傳動(dòng)電力機(jī)車上的一個(gè)重要電氣部件。對(duì)四象限變流器進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿 真，對(duì)于其開發(fā)和研究具有一定的幫助作用。參見

圖1，示出雙重四象限變流器結(jié)構(gòu)，包括變壓器次邊電路11、變流器12、中間 電路13和PWM控制器(圖中未示出)組成。變流器12由并聯(lián)的八個(gè)支路組成，第一支路中開關(guān)元件Tll的陽(yáng)極連接輸出正 端，陰極連接開關(guān)元件T12的陽(yáng)極，開關(guān)元件T12的陰極連接輸出負(fù)端；第二支路中二極 管Dll的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接二極管D12的陰極，二極管D12的陽(yáng)極連接輸出負(fù) 端；第三支路中開關(guān)元件T13的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接開關(guān)元件T14的陽(yáng)極，開關(guān)元 件T14的陰極連接輸出負(fù)端；第四支路中二極管D13的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接二極 管D14的陰極，二極管D14的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第五支路中開關(guān)元件T21的陽(yáng)極連接輸 出正端，陰極連接開關(guān)元件T22的陽(yáng)極，開關(guān)元件T22的陰極連接輸出負(fù)端；第六支路中二 極管D21的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接二極管D22的陰極，二極管D22的陽(yáng)極連接輸出負(fù) 端；第七支路中開關(guān)元件T23的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接開關(guān)元件T24的陽(yáng)極，開關(guān)元 件TM的陰極連接輸出負(fù)端；第八支路中二極管D23的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接二極管 D24的陰極，二極管D24的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端。變壓器次邊11電路包括連接在變壓器次邊的交流電源Uni，交流電源Uni —端經(jīng)串 聯(lián)的電感Lni和電阻后，連接在開關(guān)元件Tll和開關(guān)元件T12的公共端，及二極管Dll和 二極管D12的公共端；交流電源Uni另一端連接在開關(guān)元件T13和開關(guān)元件T14的公共端， 及二極管D13和二極管D14的公共端；還包括連接在變壓器次邊的交流電源Un2，交流電源 Un2 一端經(jīng)串聯(lián)的電感Ln2和電阻Rn2后，連接在開關(guān)元件T21和開關(guān)元件T22的公共端，及 二極管D21和二極管D22的公共端；交流電源Un2另一端連接在開關(guān)元件T23和開關(guān)元件 T24的公共端，及二極管D23和二極管D24的公共端。中間電路13中包括串聯(lián)在輸出正、負(fù)端的電感L2和電阻&，及與輸出正、負(fù)端連 接的電容cd。輸出正、負(fù)端輸出的電壓Ud。PWM控制器控制各個(gè)開關(guān)元件。
為了建立四象限變流器仿真數(shù)學(xué)模型，不考慮開關(guān)元件和二極管的換流過(guò)程，把 整流元件看成理想開關(guān)，忽略其中的保護(hù)電路，分別用一個(gè)電感和一個(gè)電阻元件代替變壓 器的次邊漏感和電阻。目前的仿真技術(shù)中，四象限變流器有以下兩種方法模擬。1)利用SimPowerSystem模塊庫(kù)中自帶的變流器模塊。參見圖2，示出SimPowerSystem模塊搭建的雙重四象限變流器結(jié)構(gòu)。該雙重四象 限變流器結(jié)構(gòu)模型在實(shí)際仿真中速度較慢，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。2)使用C語(yǔ)言編寫S-Fimction來(lái)實(shí)現(xiàn)變流器模型的功能。參見圖3，示出S-Function編寫的雙重四象限變流器結(jié)構(gòu)。使用S-Function編寫 的變流器模型在實(shí)時(shí)仿真中速度較慢，占用資源多的問(wèn)題，特別是在變流器的輸入控制脈 沖信號(hào)全為零的情況下，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)散，不能收斂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙重四象限變流器仿真方法，該方法仿真 更加準(zhǔn)確，快速，并有效的保證了零脈沖時(shí)的收斂性。本發(fā)明一種雙重四象限變流器仿真方法，所述四象限變流器包括變流器和中間電 路，變流器由并聯(lián)的八個(gè)支路組成，第一支路中第十一開關(guān)元件(Tll)的陽(yáng)極連接輸出正 端，陰極連接第十二開關(guān)元件(T12)的陽(yáng)極，第十二開關(guān)元件(T12)的陰極連接輸出負(fù)端； 第二支路中第十一二極管(Dll)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第十二二極管(D12)的陰 極，第十二二極管(D12)的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第三支路中第十三開關(guān)元件(T13)的陽(yáng)極 連接輸出正端，陰極連接第十四開關(guān)元件(T14)的陽(yáng)極，第十四開關(guān)元件(T14)的陰極連 接輸出負(fù)端；第四支路中第十三二極管(D13)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第十四二極 管(D14)的陰極，第十四二極管(D14)的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第五支路中第二十一開關(guān)元件 (T21)的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接第二十二開關(guān)元件(T22)的陽(yáng)極，第二十二開關(guān)元件 (T22)的陰極連接輸出負(fù)端；第六支路中第二十一二極管(D21)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極 連接第二十二二極管￠2 的陰極，第二十二二極管￠2 的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第七支路 中第二十三開關(guān)元件(T23)的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接第二十四開關(guān)元件(TM)的陽(yáng) 極，第二十四開關(guān)元件(T24)的陰極連接輸出負(fù)端；第八支路中第二十三二極管(D2!3)的陰 極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第二十四二極管(D24)的陰極，第二十四二極管(D24)的陽(yáng)極連 接輸出負(fù)端；變壓器次邊電路包括連接在變壓器次邊的第一交流電源( ),第一交流電源 (Uni) 一端經(jīng)串聯(lián)的第一電感(Lni)和第一電阻(I N1)后，連接在第十一開關(guān)元件(Tll)和第 十二開關(guān)元件(Τ12)的公共端，及第十一二極管(Dll)和第十二二極管(D12)的公共端；第 一交流電源(Uni)另一端連接在第十三開關(guān)元件(Τ13)和第十四開關(guān)元件(Τ14)的公共端， 及第十三二極管(DU)和第十四二極管(D14)的公共端；還包括連接在變壓器次邊的第二 交流電源( )，交流電源( ) 一端經(jīng)串聯(lián)的第二電感(Ln2)和第二電阻(Rn2)后，連接在 第二十一開關(guān)元件(T21)和第二十二開關(guān)元件(T22)的公共端，及第二十一二極管(D21) 和第二十二二極管(D22)的公共端；第二交流電源^n2)另一端連接在第二十三開關(guān)元件 (T23)和第二十四開關(guān)元件(TM)的公共端，及第二十三二極管(D2!3)和第二十四二極管(D24)的公共端；中間電路中包括串聯(lián)在輸出正、負(fù)端的第三電感(L2)和第三電阻(R2)，及與輸出 正、負(fù)端連接的第一電容(Cd)；其特征在于，該方法包括依據(jù)四象限變流器中各開關(guān)元件的不同導(dǎo)通狀態(tài)，構(gòu)建相應(yīng)的狀態(tài)方程；采用Simulink模塊搭建雙重四象限變流器仿真模型的狀態(tài)方程判斷模塊；采用 Simulink模塊構(gòu)建雙重四象限變流器仿真模型的adams解算模塊；
利用雙重四象限變流器仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算 優(yōu)選的，所述狀態(tài)方程具體為 當(dāng)Usl = Us2 = +Ud，狀態(tài)方程為



權(quán)利要求
1.一種雙重四象限變流器仿真方法，所述四象限變流器包括變流器和中間電路，變流 器由并聯(lián)的八個(gè)支路組成，第一支路中第十一開關(guān)元件(Tll)的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極 連接第十二開關(guān)元件(T12)的陽(yáng)極，第十二開關(guān)元件(T12)的陰極連接輸出負(fù)端；第二支 路中第十一二極管(Dll)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第十二二極管(D12)的陰極，第 十二二極管(D12)的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第三支路中第十三開關(guān)元件(T13)的陽(yáng)極連接輸 出正端，陰極連接第十四開關(guān)元件(T14)的陽(yáng)極，第十四開關(guān)元件(T14)的陰極連接輸出負(fù) 端；第四支路中第十三二極管(DU)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第十四二極管(D14)的 陰極，第十四二極管(D14)的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第五支路中第二十一開關(guān)元件(T21)的 陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接第二十二開關(guān)元件(T2》的陽(yáng)極，第二十二開關(guān)元件(T22)的 陰極連接輸出負(fù)端；第六支路中第二十一二極管(D21)的陰極連接輸出正端，陽(yáng)極連接第 二十二二極管(D22)的陰極，第二十二二極管(D22)的陽(yáng)極連接輸出負(fù)端；第七支路中第 二十三開關(guān)元件(Τ2!3)的陽(yáng)極連接輸出正端，陰極連接第二十四開關(guān)元件(Τ24)的陽(yáng)極，第 二十四開關(guān)元件(TM)的陰極連接輸出負(fù)端；第八支路中第二十三二極管(D23)的陰極連 接輸出正端，陽(yáng)極連接第二十四二極管(D24)的陰極，第二十四二極管(D24)的陽(yáng)極連接輸 出負(fù)端；變壓器次邊電路包括連接在變壓器次邊的第一交流電源( ),第一交流電源(Uni) — 端經(jīng)串聯(lián)的第一電感(Lni)和第一電阻(Rni)后，連接在第十一開關(guān)元件(Tll)和第十二 開關(guān)元件(T12)的公共端，及第十一二極管(Dll)和第十二二極管(D12)的公共端；第一 交流電源(Uni)另一端連接在第十三開關(guān)元件(T13)和第十四開關(guān)元件(T14)的公共端， 及第十三二極管(DU)和第十四二極管(D14)的公共端；還包括連接在變壓器次邊的第二 交流電源( )，交流電源( ) 一端經(jīng)串聯(lián)的第二電感(Ln2)和第二電阻(Rn2)后，連接在 第二十一開關(guān)元件(T21)和第二十二開關(guān)元件(T22)的公共端，及第二十一二極管(D21) 和第二十二二極管(D22)的公共端；第二交流電源^n2)另一端連接在第二十三開關(guān)元件 (T23)和第二十四開關(guān)元件(TM)的公共端，及第二十三二極管(D2!3)和第二十四二極管 (D24)的公共端；中間電路中包括串聯(lián)在輸出正、負(fù)端的第三電感(L2)和第三電阻(R2)，及與輸出正、負(fù) 端連接的第一電容(Cd)；其特征在于，該方法包括依據(jù)四象限變流器中各開關(guān)元件的不同導(dǎo)通狀態(tài)，構(gòu)建相應(yīng)的狀態(tài)方程； 采用Simulink模塊搭建雙重四象限變流器仿真模型的狀態(tài)方程判斷模塊；采用 Simulink模塊構(gòu)建雙重四象限變流器仿真模型的adams解算模塊； 利用雙重四象限變流器仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述狀態(tài)方程具體為 當(dāng)Usl = Us2 = +Ud，狀態(tài)方程為
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用Simulink模塊構(gòu)建雙重四象限變流器 仿真模型的adams解算模塊具體為； 采用四步四階的隱式adms公式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙重四象限變流器仿真方法，所述四象限變流器包括變流器和中間電路，變流器由并聯(lián)的四個(gè)支路組成，該方法包括依據(jù)四象限變流器中各開關(guān)元件的不同導(dǎo)通狀態(tài)，構(gòu)建相應(yīng)的狀態(tài)方程；采用Simulink模塊搭建雙重四象限變流器仿真模型的狀態(tài)方程判斷模塊；采用Simulink模塊構(gòu)建雙重四象限變流器仿真模型的adams解算模塊；利用雙重四象限變流器仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算。本發(fā)明該建模方法原理直觀，易于理解，實(shí)現(xiàn)步驟簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)計(jì)算量小，有利于仿真的實(shí)時(shí)性，并且仿真更加準(zhǔn)確，快速，并有效的保證了零脈沖時(shí)的收斂性。
文檔編號(hào)H02M5/458GK102081684SQ20101057828
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者應(yīng)婷, 沈坤, 王堅(jiān), 許為, 譚娟 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司