基于Buck-Boost逆变器的直流斩波电源主电路参数稳定域确定方法

本发明属于直流电源，具体涉及一种基于buck-boost逆变器的直流斩波电源主电路参数稳定域确定方法。背景技术：：：1、基于buck-boost逆变器的直流斩波电源是一种具有结构简单的新型直流斩波电源，但因其组成部分三相buck-boost逆变电路及三相不可控整流电路均属变结构强非线性系统，在一定条件下会发生分岔与混沌现象，并导致该直流斩波电源运行时出现不明电磁噪声、间歇性振荡、临界运行突然崩溃等问题，因此对其开展稳定性研究以确保其稳定运行将具有重要意义。2、在有关buck-boost逆变器主电路参数稳定域分析方面，专利“三相异步电机调速系统主电路参数稳定域确定方法”（专利号：zl201911063367.7）针对基于buck-boost矩阵变换器（bbmc）的三相异步电机调速系统提出了其bbmc逆变级中主电路参数稳定域的确定方法，在该系统中是以三相异步电机作为bbmc逆变级的负载并分析确定其主电路参数的稳定域；然而在本技术中所提出的基于buck-boost逆变器的直流斩波电源则是由三相buck-boost逆变电路和三相不可控整流电路构成，由于系统结构的完全不同，因而上述有关bbmc逆变级主电路参数稳定域的建模与分析方法已不适用。技术实现思路1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种基于buck-boost逆变器的直流斩波电源的建模及主电路参数稳定域确定方法，利用本发明可确定基于buck-boost逆变器的直流斩波电源其主电路参数的稳定域范围。2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于buck-boost逆变器的直流斩波电源的建模及主电路参数稳定域确定方法，包括以下步骤：3、s1，以三相buck-boost逆变电路中电容电压与电感电流为状态变量，将三相buck-boost逆变电路输入侧直流电压及其输出电流作为输入输出变量，考虑电路寄生参数建立其状态微分方程；具体为：4、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，因而以其中a相为例，其它两相相同；5、a相变换器中两个功率开关管q1和q2处于互补工作状态，分别建立其状态微分方程如下 ：6、状态i：q1导通，q2关断：7、   （1）；8、状态ⅱ：q1关断，q2导通：9、   （2）；10、式中：<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>x</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>l</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>为系统状态向量，为x对时间t的导数，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>u</mi><mi>in</mi></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>e</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>o</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>为输入输出状态向量，il为电感电流，uc为电容电压，e为变换器输入侧直流电压，io为变换器输出电流，a1、a2、b1、b2均为实值矩阵，具体为：11、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>−</mi><mfrac><mrow><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mrow><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>+</mo></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></msub></mstyle></mrow><mi>l</mi></mfrac></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>b</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><mi>l</mi></mfrac></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mfrac><mn>1</mn><mi>c</mi></mfrac></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>；12、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>−</mi><mfrac><mrow><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mrow><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>+</mo></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></msub></mstyle></mrow><mi>l</mi></mfrac></mtd><mtd><mi>−</mi><mfrac><mn>1</mn><mi>l</mi></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><mi>c</mi></mfrac></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>b</mi><mn>2</mn></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mfrac><mn>1</mn><mi>c</mi></mfrac></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>；13、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；14、s2， 建立三相不可控整流电路输入电流与输入电压之间的等效数学模型；具体为：15、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：16、（3）；17、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；18、s3，根据步骤s1所得三相buck-boost逆变电路的状态微分方程及步骤s2所得三相不可控整流电路的等效数学模型，得到直流斩波电源主电路的离散迭代映射模型；19、s4，根据步骤s3所得离散迭代映射模型，采用数值仿真得到该直流斩波电源实现稳定运行时其主电路参数的取值范围；20、优选地，所述步骤s3中所述根据步骤s1所得三相buck-boost逆变电路的状态微分方程及步骤s2所得三相不可控整流电路的等效数学模型，得到该直流斩波电源主电路的离散迭代映射模型，具体为：21、由式（1）、（2）和（3）得到该直流斩波电源的离散迭代映射数学模型为：22、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>=</mi><msup><mi>e</mi><mrow><mi>−</mi><mi>α</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>(</mi><msub><mi>i</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>e</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>et</mi><mn>1</mn></msub><mi>l</mi></mfrac><mi>)cos</mi><mi>β</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mi>−</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>β</mi><mi>l</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>x</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>i</mi><mi>o</mi></msub><mi>(</mi><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mi>−</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>β</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>=</mi><msup><mi>e</mi><mrow><mi>−</mi><mi>α</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>n</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>i</mi><mi>o</mi></msub><mi>(</mi><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mi>−</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mi>β</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>β</mi><mi>c</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>y</mi><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>et</mi><mn>1</mn></msub><mi>l</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>β</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>i</mi><mi>o</mi></msub><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mstyle>（4）；23、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：；；；；；；；；t1为功率开关管q1在第(n+1)个开关周期t内的导通时间，t2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。24、优选地，所述步骤s4中根据所得离散迭代映射模型，通过数值仿真得到该直流斩波电源实现系统稳定运行时其主电路参数的取值范围，具体步骤为：25、步骤s41，设置系统参数，包括：buck-boost变换器输入侧直流电压e，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n，相邻两次迭代变量间的偏差值，电容参考电压ucref，计数变量q为0，迭代次数n初值取1；26、步骤s42，取buck-boost变换器中电感l为变化参数x，取其初值为0，并以δx作为其变化步长，电容c保持不变；27、步骤s43，根据式（4）计算得到(n+1)t时刻的电感电流in+1和电容电压un+1；28、步骤s44，判断是否同时满足和；若是，则系统处于稳定状态，执行步骤s47，否则，执行步骤s45；29、步骤s41，判断迭代次数n是否大于n，若是，则执行步骤s46；否则，迭代次数n加1，并返回步骤s43；30、步骤s46，变化参数x加上设定步长δx，迭代次数n返回为1，返回步骤s43；31、步骤s47，令此时对应的变化参数x为其下限值xmin，即：xmin=x；32、步骤s48，令变化参数x以xmin为初值依次递增，并根据步骤s43至步骤s44所述方法判断系统在该参数下是否稳定，若是则继续递增，直到系统出现不稳定为止，令此时对应的变化参数值为上限值，即：xmax=x，从而得到系统稳定运行时该参数的取值范围（xmin,xmax）；33、步骤s49，判断此时计数变量q是否等于1，若是则执行步骤s411，否则执行步骤s410；34、步骤s410，令lmin＝xmin，lmax＝xmax，得到该直流斩波电源实现稳定运行时其主电路电感l的取值范围为(lmin，lmax)，计数变量q加1，执行步骤s411；35、步骤s411在电感l的稳定取值范围内任选一值并保持不变，令电容c为变化参数x，并设其初值为0，返回步骤s43；36、步骤s412，令cmin＝xmin，cmax＝xmax，得到该直流斩波电源实现稳定运行时其主电路电容c的取值范围为(cmin，cmax)；37、步骤s413，在所得电感l的稳定取值范围(lmin，lmax)内，以δl为增量依次等间距选取n个电感值，采用步骤s411至步骤s412所述方法得到其对应的电容下限值cmin；38、步骤s414，根据上述所得n组电容下限值cmin及其对应的电感值l，采用数值拟合方法得到电容下限值与电感对应的函数关系式，根据该函数关系式确定该直流斩波电源实现稳定运行时主电路参数电感l和电容c的取值范围。39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）针对基于buck-boost逆变器的直流斩波电源进行稳定性分析时，将不可控整流电路等效为电流源，并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，可以有效简化该电源稳定性分析的数学模型。40、2）根据基于buck-boost逆变器的直流斩波电源的数学模型，确定实现系统稳定运行时其主电路参数即主电路电感和主电路电容的取值范围，对于指导基于buck-boost逆变器的直流斩波电源主电路参数设计具有重要意义。当前第1页12当前第1页12