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专利号: 2025107963319
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,所述直流稳压电源主电路包括三相PWM整流电路、三相Buck-Boost逆变电路及三相不可控整流电路;其特征在于,所述主电路参数稳定域确定方法包括如下步骤:(1)建立三相PWM整流电路输出PWM调制直流电压的数学模型;具体为:所述三相PWM整流电路采用无零矢量的空间矢量调制策略,所得PWM调制直流电压为脉冲电压幅值与占空比随时间变化的脉冲电压序列,所述脉冲电压序列的数学模型为:第i个脉冲电压的高低电平值为:

(1);

其中:UHi为第i个(i=1,2,3…)脉冲电压的高电平幅值,UL为脉冲电压的低电平电压值,Vm和ω分别为三相PWM整流电路输入交流电压的有效值和角频率,ti和ti+1分别为第i和第i+1个脉冲电压的起始时刻,ti’为第i个脉冲电压的下降沿时刻;

第i个脉冲电压的占空比为:

(2);

(2)建立三相Buck-Boost逆变电路的状态微分方程;

(3)建立三相不可控整流电路输入电流与输入电压间的等效数学模型;

(4)根据步骤(1)所得数学模型、步骤(2)所得状态微分方程及步骤(3)所得等效数学模型,得到该直流稳压电源的离散迭代映射模型;

(5)在PWM调制直流电压所对应变幅值变占空比脉冲电压范围内,任取一组脉冲电压幅值及占空比并根据步骤(4)所得离散迭代映射模型,通过数值仿真得到该组脉冲电压幅值及占空比下实现该直流稳压电源稳定运行时其主电路参数的取值范围;

(6) 按一定间距依次改变脉冲电压幅值及占空比,按步骤(5)相同方法得到n组该脉冲电压幅值及占空比下实现该直流稳压电源稳定运行时其主电路参数的取值范围;

(7) 根据步骤(6)所得n组该脉冲电压幅值及占空比下实现该直流稳压电源稳定运行时其主电路参数的取值范围及其相应的脉冲电压幅值及占空比,采用数值拟合方法得到各主电路参数取值范围与脉冲电压幅值及占空比间的函数关系式;

(8) 根据上述所得各主电路参数取值范围的函数关系式及直流稳压电源实际运行时其Buck-Boost逆变电路输入侧脉冲电压幅值及占空比,得到该脉冲电压幅值及占空比下实现该电源稳定运行时各主电路参数的取值范围。

2.根据权利要求1所述的基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,所述步骤(2)中建立三相Buck-Boost逆变电路的状态微分方程,具体为:鉴于三相Buck-Boost逆变电路由三组结构相同的Buck-Boost DC/DC变换器组成,因而在以下分析中以其中A相为例,其它两相相同;

A相变换器中两个功率开关管Q1和Q2处于互补工作状态,针对其互补的两种工作状态分别建立其状态微分方程,分别为:状态I:Q1导通,Q2关断:

(3);

状态Ⅱ:Q1关断,Q2导通:

(4);

式中:为系统状态向量,为输入输出状态向量,iL为电感电流,uC为电容电压,Uin为变换器输入侧脉冲电压,io为变换器输出电流,A1、A2、B1、B2均为实值矩阵,具体为:,;

,;

其中:Ron为功率开关管通态等效电阻,RL为电感等效电阻,L、C分别为电感和电容值。

3.根据权利要求2所述的基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,所述步骤(3)中建立三相不可控整流电路输入电流与输入电压间的等效数学模型的具体步骤为:将三相不可控整流电路等效为由死区模块和调节增益模块构成,则其等效数学模型为:(5);

其中:io和uo分别为三相Buck-Boost逆变电路的输出电流和输出电压,其中uo=Umsinωt;uz为死区模块的限幅值,a为调节增益值,uz和a的最佳取值采用数值仿真方法得到。

4.根据权利要求3所述的基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,所述步骤(4)中得到离散迭代映射模型的具体步骤为:由式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)得到该直流稳压电源的离散迭代映射数学模型为:(6);

其中:in+1和un+1分别为(n+1)T时刻变换器的电感电流和电容电压;T为变换器中功率开关管的开关周期;α、β、e、X、Y均为中间变量,分别为:;;;;;;;;ta为功率开关管Q1在第(n+1)个开关周期T内的导通时间,tb为功率开关管Q1在第(n+1)个开关周期T内的关断时间,iLref为电感参考电流,uCref为电容参考电压,in和un分别为nT时刻变换器的电感电流和电容电压。

5.根据权利要求4所述的基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,所述步骤(5)的具体步骤为:步骤(5-1):设置系统参数,包括:电感L的等效电阻RL,功率开关管通态等效电阻Ron,开关周期T,最大迭代次数K,相邻两次迭代变量间的偏差值,电容参考电压uCref,迭代次数n初值取1;

步骤(5-2):设置输入脉冲电压幅值及占空比分别为UH及d0;

步骤(5-3):设Buck-Boost变换器中主电路电感值保持不变,并取其值为L,以Buck-Boost变换器中电容C为变化参数,取其初值为0,并以ΔC为变化步长;

步骤(5-4):根据式(6)计算得到(n+1)T时刻的电感电流in+1和电容电压un+1;

步骤(5-5):判断是否同时满足和;若是,则系统处于稳定状态,执行步骤(5-8),否则,执行步骤(5-6);

步骤(5-6):判断迭代次数n是否大于K,若是,则执行步骤(5-7);否则,迭代次数n加1,并返回步骤(5-4);

步骤(5-7):电容值C加上设定步长ΔC,迭代次数n重置为1并返回步骤(5-4);

步骤(5-8):令此时对应的电容值为其稳定域的下限值Cmin;

步骤(5-9):在步骤(5-8)所确定的电容稳定域内任取一个电容值C并保持不变,以电感L为变化参数,取其初值为0,迭代次数n返回为1,并以ΔL为变化步长;

步骤(5-10):根据式(6)计算得到(n+1)T时刻的电感电流in+1和电容电压un+1;

步骤(5-11):判断是否同时满足和;若是,则系统处于稳定状态,执行步骤(5-12),否则,执行步骤(5-13);

步骤(5-12):电感值L加上设定步长ΔL,迭代次数n返回为1,返回步骤(5-10);

步骤(5-13):令此时对应的电感值为其稳定域的上限值Lmax。

6.根据权利要求1所述的基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源主电路参数稳定域确定方法,其特征在于,所述步骤(7)的具体步骤如下:电容下限值函数关系式为:

(7);

式中:UH为脉冲输入电压的高电平幅值,d0为脉冲输入电压的占空比,均为常系数;

电感上限值函数关系式为:

(8);

式中:b0、b1、b2、b3、b4、b5为常系数。