一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶建模方法与流程

本技术属于新型电力系统领域，尤其涉及一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶建模方法。

背景技术：

1、双有源桥变换器是一种通过高频变压器隔离，实现能量双向流动的直流变换器，随着新能源和直流输配电系统迅速发展，直流变换器的大规模推广应用，由于其拥有高功率密度、高效率、电气隔离、易于实现软开关等特性，在直流微网、电动汽车、柔性电力电子技术和柔性交直流输配电设备、可再生能源发电系统等新型电力系统领域得到越来越广泛的应用。

2、目前，cn109271698a公开了一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统，该方法是在采用单移相控制方法控制谐振型双有源桥变换器输出电压的情况下，利用谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，建立其平均值等效模型；基于该平均值模等效型，利用小干扰法建立谐振型双有源桥变换器的小信号模型，并针对控制量与控制目标求出传递函数；分析传递函数的零极点分布情况，对所述传递函数降阶；针对降阶后的传递函数，利用典型ⅱ型系统设控制器参数设计方法进行设计。

3、cn113268948a公开了一种双有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法。该方法利用dab对外等效节点导纳方程的对称性与稀疏性，对dab单元等效节点导纳矩阵与等效历史电流源进行预处理，大幅简化了isop型dab变换器等效电路求解过程。该篇文献的核心技术方案是通过离散处理，列写单个dab单元的节点导纳方程；利用矩阵的对称性与稀疏性对节点导纳方程进行预处理，求解等效电路参数的直接表达式；通过端口电容电压的单步长约等，建立串并联侧解耦的单模块等效电路，以及isop型dab变换器的对外等效电路及参数；反解dab单元间及dab单元内部节点信息。

4、上述两篇针对双有源桥变换器的建模方法的专利文献，都没有涉及对电感的微积分阶次的探讨，都是以电感的微积分阶次视同是1的整数阶为设定条件所进行的建模设计，同样都忽略了实际电感的分数阶本质。因此，在整数阶电感的基础上所构建的双有源桥变换器的数学模型无法使所搭建的元器件仿真模型贴近元器件实际特性，无法对电力电子器件进行精确的分析。尤其在高频高压场合，在输入电压扰动、负载扰动下存在系统动态性能差，反馈系统的控制参数辨识困难等问题。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶建模方法，建立了一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶模型，能够利用该模型对电力电子器件进行精确的分析，增强有源桥变换器模块的动态响应和稳定性。

2、本技术是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶建模方法，包括：

4、获取双有源桥变换器的电学参数；

5、基于双有源桥变换器的电学参数，构建分数阶电感的分数阶等效电路模型，基于分数阶电感的分数阶等效电路模型和实际电感型号确定分数阶电感的分数阶阶次；

6、基于双有源桥变换器的电学参数和分数阶电感的分数阶阶次建立基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型；

7、基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型得到基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶模型。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，获取双有源桥变换器的电学参数，包括：获取双有源桥变换器中的变压器参数以及设定的电压增益；

9、基于变压器参数以及设定的电压增益，确定变压器变比和双有源桥变换器的输出电容。

10、在第一方面的一种可能的实现方式中，双有源桥变换器的等效阻抗即为双分数阶电感的分数阶等效电路模型，双分数阶电感的分数阶等效电路模型表示为：

11、z＝rl0+(jω)αl0(0<α≤1)

12、其中，rl0为实际电感的等效电阻，l0代表实际电感的标称值，α为分数阶电感的分数阶阶次，j为复变函数中的虚部，ω为角频率。

13、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于双分数阶电感的分数阶等效电路模型，计算实际电感的阻抗，实际电感的阻抗|z|表示为：

14、

15、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于分数阶电感的分数阶等效电路模型和实际电感型号确定分数阶电感的分数阶阶次，包括：

16、使用阻抗分析仪测量实际电感在预设频率范围内的阻抗数据；

17、将阻抗数据的实部和虚部分离，再通过最小二乘数据拟合的方法，确定分数阶电感的分数阶阶次的值。

18、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于双有源桥变换器的电学参数和分数阶电感的分数阶阶次建立基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型，包括：

19、基于双有源桥变换器的电学参数，计算输入电流的平均值和输出电流的平均值，并建立基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型。

20、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型得到基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶模型，包括：

21、对基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶平均模型施加扰动，获得双有源桥变换器全周期内的状态空间；

22、将双有源桥变换器全周期内的状态空间进行线性化处理，得到基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶模型。

23、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于分数阶电感的双有源桥变换器的分数阶模型，包括：

24、控制到输出的分数阶模型：

25、控制到状态的分数阶模型:

26、输入到输出的分数阶模型：

27、输入到状态的分数阶模型：

28、其中：e11，b11，a11,a12为系数矩阵；δl(s)，为拉普拉斯变换后的复函数；s代表拉普拉斯变换中的复频率；表示分数阶电感电流的交流小信号的复函数；表示电容电压的交流小信号的复函数；表示输入电压的交流小信号的复函数；为移相比的复函数。

29、在第一方面的一种可能的实现方式中，基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶模型中的拉普拉斯变换后的复函数δl(s)的确定公式为：

30、

31、其中，r是双有源桥变换器的负载阻抗；α为分数阶电感的分数阶阶次；co为双有源桥变换器的输出电容。

32、第二方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶建模方法。

33、本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

34、本技术实施例，考虑到实际电感的分数阶本质，在计算分数阶电感的分数阶阶次的基础上，建立了一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶模型。通过引入分数阶电感，提高了控制器设计的灵活性，相比基于整数阶电感的双有源桥变换器模型，进一步提高了双有源变换器的适应性和鲁棒性，提高了变换器的响应速度。基于分数阶电感的双有源桥变换器模型方法搭建的元器件仿真模型更贴近元器件实际特性，进而能够建立高精确度的双有源桥变换器拓扑结构等效模型，基于此方法制造的电力电子设备在电力系统中应用更加可靠。

35、本技术实施例，考虑到实际电感的分数阶本质，在计算分数阶电感的分数阶阶次的基础上，建立了一种基于分数阶电感的双有源桥变换器分数阶模型，能够在控制技术应用中减小实际偏差，利用该模型对电力电子器件进行精确的分析，增强有源桥变换器模块的动态响应和稳定性。

36、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

37、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。