脈寬調(diào)制DC-AC電路的微分方程建模求解及交流穩(wěn)態(tài)特性分析.pdf

1、新型電力系統(tǒng)融入了新能源發(fā)電模式、直流輸電工程、靈活用電負(fù)荷等新元素，這些新興產(chǎn)業(yè)能與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相互融合主要依賴于電能轉(zhuǎn)換技術(shù)。大功率可關(guān)斷開關(guān)器件的飛速發(fā)展，促使電能轉(zhuǎn)換核心技術(shù)--正弦脈寬調(diào)制(SPWM)逆變器的發(fā)展也日趨高性能化，而深入剖析SPWM逆變器物理工作過程將為裝置設(shè)計與制造、控制方法研究、綜合評價提供有力的理論依據(jù)。
　　 國內(nèi)外對SPWM逆變器工作原理及數(shù)學(xué)模型的研究中多是建立在特定的研究目標(biāo)與要求基礎(chǔ)上，功

2、能等效的數(shù)學(xué)模型往往在建模過程中忽略一些物理現(xiàn)象，導(dǎo)致了分析結(jié)果存在片面性與局限性。而微分方程求解本應(yīng)是最能體現(xiàn)物理本質(zhì)的電路分析方法，但難以確定的初值成為其在電力電子分析應(yīng)用中的阻礙。文章受SPWM逆變電路中二極管續(xù)流作用的啟發(fā)，提出了考慮續(xù)流過程的SPWM逆變電路的微分方程建模方法，進而得到電路交流穩(wěn)態(tài)物理工作特性。
　　 論文對以慣性定理為理論基礎(chǔ)的SPWM調(diào)制技術(shù)具有的直流電壓要求較高、開關(guān)損耗大、直流電壓利用率低等控制

3、特性進行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上把逆變電路的物理工作過程分為兩個階段：一是依據(jù)目標(biāo)條件，通過控制SPWM起始時刻及脈寬形成的經(jīng)IGBT管的控制電流；二是在IGBT管關(guān)斷截止后，利用電感儲存能量形成的自感反電勢，使二極管導(dǎo)通而構(gòu)成連續(xù)交流電流的反饋電流，逆變電路在SPWM系列脈沖控制下呈現(xiàn)的是周期重復(fù)性過渡過程的動態(tài)特性。論文把電路結(jié)構(gòu)變化映射到常規(guī)端口電路韻電源變化上，通過經(jīng)典微分方程求解的方法得到了周期重復(fù)過渡過程的穩(wěn)態(tài)電流形式，采用疊加項

4、解決了系列微分方程求解中初值難以確定的難題。在分析整流、逆變、吸收無功、發(fā)出無功四種典型狀態(tài)下控制電流的脈沖系列及工頻分量相量圖的基礎(chǔ)上，得到逆變電路的穩(wěn)態(tài)模型，并揭示了電路穩(wěn)態(tài)運行規(guī)律。最后，實驗樣機的物理實驗與理論分析基本一致。
　　 本文從二極管續(xù)流向直流側(cè)反饋能量的角度建立正弦脈寬調(diào)制逆變電路微分方程穩(wěn)態(tài)模型，用過渡過程疊加的方式解決了周期重復(fù)過渡過程電路分析中無法采用微分方程計算求解的難題。最后，得到了逆變電路輸出電流