电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器故障建模仿真方法

摘要

本发明电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器故障建模仿真方法，基于两电平单相四象限脉冲整流器的工作原理完成，具体方法包括：电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器在每一种故障模式下所对应的开关函数计算以及基于开关函数计算结果的电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器状态方程计算。本方法可实现离线仿真以及在线实时仿真系统中，两电平单相四象限脉冲整流器在正常工作状态下以及不同开关管故障状态下的仿真，并且基于状态方程的模型可以实现正常工作状态以及不同开关管故障状态下的切换，弥补了现有仿真模型中无故障仿真模型的技术问题。

主权项

电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器故障建模仿真方法，在Matlab/Simulink下进行两电平四象限脉冲整流器正常工作以及故障模式下的仿真，定义单相两电平脉冲整流器左边桥臂为A桥臂，右边桥臂为B桥臂,包括以下步骤：（1）、根据输入脉冲计算不同故障模式下开关状态函数：不同故障模式下开关状态函数计算通过电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器的开关元器件控制脉冲P1、P2、P3、P4完成；不同故障模式下开关状态函数计算包括11种情况，定义SA、SB分别为A、B桥臂开关函数，在不同的脉冲整流器交流侧电流is下，每种情况下的开关状态函数计算方法如下：（a）正常工作情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （b）A桥臂上IGBT故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 0 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （c）A桥臂下IGBT故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （d）B桥臂上IGBT故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = 0 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （e）B桥臂下IGBT故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 i s < 0 （f）A桥臂上IGBT与A桥臂下IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 i s > 0 0 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （g）A桥臂上IGBT与B桥臂上IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 0 i s < 0 , S B = 0 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （h）A桥臂上IGBT与B桥臂下IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 0 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 i s < 0 （i）A桥臂下IGBT与B桥臂上IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = 0 i s > 0 1 - P 4 i s < 0 （j）A桥臂下IGBT与B桥臂下IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = P 3 i s > 0 1 i s < 0 （k）B桥臂上IGBT与B桥臂下IGBT同时故障情况的开关函数计算方法： S A = 1 - P 2 i s > 0 P 1 i s < 0 , S B = 0 i s > 0 1 i s < 0 其中is为两电平单相四象限脉冲整流器交流侧的电流值。（2）、将（1）所得开关状态函数，计算不同情况下的两电平单相四象限脉冲整流器状态方程：将（1）所得的开关函数值输入如下方程： R = ( 1 - S p ) R p + R s u ab = ( S A - S B ) U d L s di s dt = u s - u ab - Ri s i d = ( S A - S B ) i s 计算获得：is、id和uab；其中，Sp为预充电开关状态值、Rp为预充电电阻值、Rs为变压器二次侧漏电阻值、Ud为中间直流侧电压值、us为变压器二次侧输出交流电压值、Ls为变压器二次侧漏电感值，is为两电平单相四象限脉冲整流器交流侧的电流值，id为两电平单相四象限脉冲整流器直流侧的电流值；is为两电平单相四象限脉冲整流器交流侧的电流值；uab为脉冲整流器交流侧的电压值；（3）、将（2）所获得仿真值is、id和uab输出到牵引控制单元。