一种基于信号流图法的三相DC-DC变换器建模方法

一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法
技术领域
1.本发明涉及一种建模方法，具体涉及一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法，属于电力电子技术领域。


背景技术：

2.在分析和研究dc-dc变换器时，一般都需要建立相关模型。对于单相dc-dc变换器拓扑的小信号建模，如状态空间平均法、开关元件平均模型法、开关网络平均模型法已经得到广泛应用，但对于三相dc-dc变换器，运用以上方法则需进行复杂的数学运算，方程繁杂且极易出错。并且，目前针对三相dc-dc变换器的建模研究相对匮乏。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法，本发明提供的建模方法运算简单，系统模型简明清楚。
4.为达到上述目的，本发明提供了一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法，其中三相dc-dc变换器，包括三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器、三倍流整流三相δ-δ型全桥直流变换器、三倍流整流三相δ-y型全桥直流变换器、三倍流整流三相y-δ型全桥直流变换器、三相y-y型全桥直流变换器、三相δ-δ型全桥直流变换器、三相δ-y型全桥直流变换器、三相y-δ型全桥直流变换器；
5.本发明一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法步骤如下：
6.s1：假定三相dc-dc变换器原边侧三相电感取值相等，根据三相dc-dc变换器的拓扑结构和工作模态，将一个完整开关周期t等分为三个时间段，第一个时间段t1为[2kt，t/3 2kt]，第二个时间段t2为[t/3 2kt，2t/3 2kt]，第三个时间段t3为[2t/3 2kt，t 2kt]，每一个时间段由m种工作模态构成，其中k为整数，m为正整数；
[0007]
s2：以三相dc-dc变换器输入电压v
in
、输出电压vo、原边侧三相电感电压v
lf1
、v
lf2
、v
lf3
以及副边侧输出电流io作为状态变量，基于基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律分别推导三相dc-dc变换器一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下输入电压v
in
、输出电压vo、原边侧三相电感电压v
lf1
、v
lf2
、v
lf3
以及副边侧输出电流io的关系，列出状态方程；
[0008]
s3：根据状态方程，将各状态变量进行拉普拉斯变换，分别绘制一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下三相dc-dc变换器的信号流图；
[0009]
s4：根据一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下三相dc-dc变换器的信号流图绘制一个完整开关周期t内每一个时间段对应的三相dc-dc变换器的信号流图，若一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益相同，则无需对该时间段内这两个节点之间信号流图的支路进行修改；若一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益不同，则需引入该时间段对应的每一种工作模态下这两个节点之间的增益与该时间段对应的每一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比的乘积之和作为该时间
段这两个节点之间的开关支路增益；
[0010]
s5：根据每一个时间段对应的三相dc-dc变换器的信号流图，绘制一个完整开关周期t内三相dc-dc变换器的信号流图，若一个完整开关周期t内每一个时间段两个节点之间的增益相同，则无需对该完整开关周期t内这两个节点之间信号流图的支路进行修改；若一个完整开关周期t内每一个时间段两个节点之间的增益不同，则需将每一个时间段这两个节点之间的增益相加作为一个完整开关周期t内这两个节点之间的开关支路增益；
[0011]
s6：将一个完整开关周期t内三相dc-dc变换器的信号流图中开关支路增益包含的每一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比用占空比进行表示，即得到一个完整开关周期t内三相dc-dc变换器的大信号模型。
[0012]
本发明提出的一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法，根据变换器不同时间段的不同工作模态，建立了三相dc-dc变换器数学模型并完成数学建模。整个建模过程均以信号流图为操作对象，直观简洁，数学计算简单，为更进一步的三相dc-dc变换器控制器设计奠定了基础。
附图说明
[0013]
图1为本发明三相dc-dc变换器基于信号流图法的建模流程示意图；
[0014]
图2为本发明实施例中三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的电路原理图；
[0015]
图3为三倍流整流三相δ-δ型全桥直流变换器的电路原理图；
[0016]
图4为三倍流整流三相δ-y型全桥直流变换器的电路原理图；
[0017]
图5为三倍流整流三相y-δ型全桥直流变换器的电路原理图；
[0018]
图6为三相y-y型全桥直流变换器的电路原理图；
[0019]
图7为三相δ-δ型全桥直流变换器的电路原理图；
[0020]
图8为三相δ-y型全桥直流变换器的电路原理图；
[0021]
图9为三相y-δ型全桥直流变换器的电路原理图；
[0022]
图10为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态一；
[0023]
图11为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态二；
[0024]
图12为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态三；
[0025]
图13为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态一信号流图；
[0026]
图14为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态二信号流图；
[0027]
图15为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段工作模态三信号流图；
[0028]
图16为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段信号流图；
[0029]
图17为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第二个时间
段信号流图；
[0030]
图18为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第三个时间段信号流图；
[0031]
图19为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t信号流图；
[0032]
图20为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t大信号模型。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。本实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于本实施例。
[0034]
实施例：
[0035]
参照图2，对三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器应用本发明。所述三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器是三相dc-dc变换器的一种。
[0036]
本发明一种基于信号流图法的三相dc-dc变换器建模方法步骤如下：
[0037]
s1：假定三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器原边侧三相电感取值相等，即l
da
＝l
db
＝l
dc
＝ld，根据三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的拓扑结构和工作模态，将一个完整开关周期t等分为三个时间段，第一个时间段t1为[2kt，t/3 2kt]，第二个时间段t2为[t/3 2kt，2t/3 2kt]，第三个时间段t3为[2t/3 2kt，t 2kt]，其中k为整数，每一个时间段由三种工作模态构成；以三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器第一个时间段的三种工作模态为例，三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器第一个时间段的三种工作模态分别如图10、图11、图12所示。
[0038]
s2：以三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器输入电压v
in
、输出电压vo、原边侧三相电感电压v
lf1
、v
lf2
、v
lf3
以及副边侧输出电流io作为状态变量，基于基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律分别推导三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下输入电压v
in
、输出电压vo、原边侧三相电感电压v
lf1
、v
lf2
、v
lf3
以及副边侧输出电流io的关系，列出状态方程；以三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段的三种工作模态为例，基于基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律，模态一电压、电流关系为：vo＝io(r//c),v
lf1
vo＝0，v
lf2
vo＝0，v
lf3
vo＝0，i
l1
i
l2
i
l3
＝0；模态二电压、电流关系为：vo＝io(r//c)，v
lf1
vo＝0，v
lf2
vo＝0，v
lf3
vo＝0，i
l1
i
l2
i
l3
＝0；模态三电压、电流关系为：vo＝io(r//c)，v
lf1
vo＝0，v
lf2
vo＝0，v
lf3
vo＝0，i
l1
i
l2
i
l3
＝0。其中，r为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器副边侧电阻，c为副边侧滤波电容，n为变压器匝数比，i
l1
、i
l2
、i
l3
分别为副边侧三相电感电流。
[0039]
s3：根据状态方程，将各状态变量进行拉普拉斯变换，分别绘制一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图；以第一个时间段的三种工作模态为例，三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器第一个时间段的三种工作模态信号流图分别如图13、图14、图15所示。
[0040]
s4：根据一个完整开关周期t内每一个时间段对应的每一种工作模态下三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图绘制一个完整开关周期t内每一个时间段对应的三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图，若一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益相同，则无需对该时间段内这两个节点之间信号流图的支路进行修改；若一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益不同，则需引入该时间段对应的每一种工作模态下这两个节点之间的增益与该时间段对应的每一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比的乘积之和作为该时间段这两个节点之间的开关支路增益；以三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器第一个时间段为例，定义t
i1
为第一个时间段的第一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
i2
为第一个时间段的第二种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
i3
为第一个时间段的第三种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，若第一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益相同，则无需对第一个时间段内这两个节点之间信号流图的支路进行修改；若第一个时间段内各工作模态下两个节点之间的增益不同，则需引入第一个时间段对应的每一种工作模态下这两个节点之间的增益与第一个时间段对应的每一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比的乘积之和作为该时间段这两个节点之间的开关支路增益。根据第一个时间段对应的每一种工作模态下三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图，绘制三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第一个时间段信号流图，如图16所示。同理，三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t内第二个时间段及第三个时间段信号流图分别如图17、图18所示。
[0041]
s5：根据每一个时间段对应的三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图，绘制一个完整开关周期t内三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图，若一个完整开关周期t内每一个时间段两个节点之间的增益相同，则无需对该完整开关周期t内这两个节点之间信号流图的支路进行修改；若一个完整开关周期t内每一个时间段两个节点之间的增益不同，则需将每一个时间段这两个节点之间的增益相加作为一个完整开关周期t内这两个节点之间的开关支路增益；三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器一个完整开关周期t信号流图如图19所示。
[0042]
s6：将一个完整开关周期t内三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的信号流图中开关支路增益包含的每一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比用占空比d进行表示，其中t
ii1
为第二个时间段的第一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
ii2
为第二个时间段的第二种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
ii3
为第二个时间段的第三种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
iii1
为第三个时间段的第一种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
iii2
为第三个时间段的第二种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，t
iii3
为第三个时间段的第三种工作模态下持续的时间在一个完整开关周期t内的占比，fs为三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的开关频率，即得到一个完整开关周期t内三倍流整流三相y-y型全桥直流变换器的大信号模型，如图20所示。
[0043]
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计方案前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。