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1、第三章 电力电子电路建模?一般先选用理想器件模型进行原理性设计和仿 真，然后再改用精确模型进行仿真。 ?另外，电力电子电路的仿真涉及到大量不同层次 的物理过程，其大跨度的时标以及大量拓扑结构 使得对其整体分析需大量的时间和内存。 ?根据仿真目的的不同，应选用不同层次的仿真模 型 。 ?建模方法：精确器件级模型、理想器件模型、状 态空间平均法、平均电路法(开关周期平均模型) 、 电源周期模型、开关函数法等。322 精确器件级模型?尽可能考虑与实际电路工况相近的条件、 参数和模型，这是对所设计电路在具体实 施之前的一种验证，模型越具体越精确越 好，比如，要考虑缓冲电路、电路的杂散 电感电容等、电感
2、内阻、电容等效内阻等。 这种仿真速度最慢。323 理想器件模型?省略一些负载的辅助电路，利用理想器件 模型，但电路结构与实际电路基本相同。 仿真速度比精确模型要快。上述方法可以直接利用仿真软件进行仿真， 使用者不必关心其建模问题。32 状态空间平均法?是开关变换器瞬态分析的常用方法之一， 由美国加里福尼亚理工学院的 R.D.Middlebrook于1976年提出 ?特点：物理概念清晰，模型较简洁 ?缺点：方法较繁琐，尤其是在建立高阶电 路时不甚方便。假设?开关变换器中的开关器件在工作在导通和截止状 态时，是一个强非线性系统。为简单起见，作如 下假设： ?(1)开关为理想开关，即忽略正向压降和反
3、向漏电 流； ?（2）开关转换在瞬间完成，即非通即断或非断即 通，任何时候只有两个状态中的一个。 ?（3）系统截止频率远小于开关频率 ?（4）电流连续1. 分析方法和步骤?工作在连续模式的PWM变换器，当主开关 处于导通和截止状态时，可得两个分段线 性网络（等效电路）. ?列出PWM开关变换器分段网络的微分方 程，用状态方程表示，称为分段线性方程。状态空间平均法iVoncvRLLioVoffC+iVLLiiVLLiRoVC+RoVC+( )a( )b( ) c 图3.2.1 Boost 原理图 (a)原理图 (b) 开关导通状态图 （c）开关截止状态图第一步：根据电路列分段线性方程 主开关处于
4、导通状态：111Txxuyx=+=ABC, ,iipinsss i a b c (,)bcbcbcdcvfsv(,)bcbcbcdcvfsv定义：1; , ,ipinss i a b c求下列关系 (,)abababdcvfsv(,)cacacadcvfsv(, ,)dciijabcif sii i低压侧和高压侧电量与开关函数之间的关系 各种关系用公式表示如下：abababbcbcdcbcdccacacavsssvss vsvvsssaabdcabcbabbccabcccaii isssisssi ii 线电流与虚拟相电流aabcabbcabccabciiiiiiiii 1()3 1()3 1
5、()3ababbcbccacaiiiiiiiii 00abcabbccaiiiiii 各种关系的矢量形式定义矢量：ababllbcbccacavvvvvvvvvvababllbcbccacasss ssss sss1 3ababllbcbccacaiiiiiiiiiilllldcT dcllllvsvisi 则比较BUCK电路LdcdcLvsvisi 三相PWM整流器状态空间方程用矢量表示的状态方程ABL LBCCAv vv v定义lllldcT dcllllvsvisi 11 33 11ll L Llldc dcdcdivvdtLL dvivdtCRC 则11 33 11ll L Llldc
6、Tdc lllldcdivsvdtLL dvsivdtCRC 由于开关函数为不连续函数，因此上述方程为不连续的方程开关周期平均模型? 设变量x(t)，则在一个开关周期 内的平均值为： 开关占空比 相占空比 线线占空比1( )( )st Ttsx txdT+=1( )( )st TapapaptsdstsdT+=1aapanddd= 1( )( )st TababababtsdstsdddT+=ababdcvs v1( )( )st TababdcabdcabdctsvsvdsvdvT+=lllldcT dcllllvsvisi 1( )( )1( )( )sst Tl ll ldcl ldcl
7、 ldctst TTTT dcl ll ll ll ll ll ltsvsvdsvdvTisidsidiT+= = 平均化状态方程11 33 11ll L LlldcTdc lllldcdivdvdtLL dvdivdtCRC abllbccadddd其中11 33 11ll L LlldcTdc lllldcdivsvdtLL dvsivdtCRC 11 33 11ll L LlldcTdc lllldcdivdvdtLL dvdivdtCRC 三相PWM整流器开关周期平均模型 等效电路与BUCK电路平均模型比较三相PWM逆变器开关周期平均模型11 33 11ll lldcLLLL llLL
8、T dclllldisvvdtLL dvivdtCRC isi 11 33 11ll lldcL LL L llL LT dclllldidvvdtLL dvivdtCRC idi 平均化三相PWM逆变器平均模型等效电路11 33 11ll lldcLLL L llLLT dclllldidvvdtLL dvivdtCRC idi 与BUCK电路等效电路比较dq旋转坐标系下的三相PWM变流器模型 在基波频率旋转的三 相旋转坐标系中，三 相对称平衡电量将成 为直流量，这样可以 简化三相系统的开关 周期平均模型 将三相静止坐标系下 的电量x投影到以基 波频率旋转的坐标系 dq0下wtdqacb0d
9、qabcxTx2 ff为电网基波频率1 0abcdqxTxabc- dq0变换11 33 11ll L LlldcTdc lllldcdivdvdtLL dvdivdtCRC 1 011 0000()11()()33 11dq dqdqdcTdc dqdqdcd TiTvTdvdtLL dvdivdtCRC 1 0 0000011 33 11dq dqdqdqdcTdc dqdqdcdidTTivdvdtdtLL dvdivdtCRC10000 000dTTdtdq0下PWM整流器的状态方程Dq0下的PWM整流器开关周期平均 模型等效电路由于因此，0轴对应方程可略去Dq0下的PWM整流器开关周
10、期平均 模型等效电路dq0下PWM逆变器的状态方程11 33 11ll lldcL LL L llL LT dclllldidvvdtLL dvivdtCRC idi 011 033011 0dq dqdcdqdqdq dqdqdqT dcdqdqdid vivdtLLdvivvdtCRCidi abc坐标系dq0坐标系省略0轴方程三相PWM整流器小信号模型 小信号模型是指其静态工作点附近的小信 号线性化模型。首先确定其工作点，然后 在工作点上叠加小信号扰动，导出含有扰 动信号的表达式，忽略其高次项，得到小 信号模型。 三相PWM整流器的小信号模型可以在静止 坐标系(abc)下,也可以在旋转坐
11、标系(dq0)下 进行，下面推导在dq0下的小信号模型。三相PWM整流器小信号模型静态模型 设输入电源线电压为正弦 经过dq变换可得： （即在直流工作点上 的输入电源电压） 设在直流工作点上的占空 比分别为：Dd和Dq，电 流为Id和Iq,则三相PWM整 流器在dq0下的直流工作 点方程为：cos() cos(23)cos(23)ABmL LBCmCAmvVt vvVtvVt 3 2 0dmqVV V011 0331dddd dc qqqqddcdc dq qIVIDdVIVIDdtLLIdVVDDIdtCRC三相PWM整流器静态工作点011 0331dddd dc qqqqddcdc dq
12、qIVIDdVIVIDdtLLIdVVDDIdtCRC 011003310ddd dc qqqddc dq qVIDVVIDLLIVDDICRC 0,0ddcqIdVd Idtdt可得到下列三个方程30300dqddcdqdcdc ddqqVLID VLID V VD ID IR如果三相输入电流与电压同相位，即功率因数等于1， 则3d d dcd q dcVDVLIDV0dc d dqVIRDI 三相PWM整流器小信号线性模型三相PWM整流器小信号模型等效电路三相PWM整流器小信号模型状态方程三相PWM逆变器小信号线性模型三相PWM逆变器小信号模型等效电路三相PWM逆变器小信号模型状态方程电源为三相对称正弦波时的稳态关系cos() cos(23)cos(23)ABmBCmCAmvVt vVtvVt cos()cos(23) cos(23)abmbcmcamiItiItiIt cos()cos(23)cos(23)abmbcmcamdDtdDtdDt设假设控制 目标mmmcos()cos()cos(23)c
