谷值电流控制的H桥逆变器的非线性现象

谷值电流控制的 Ｈ 桥逆变器的非线性现象
吴 荣 华 ，江 伟 ＊
（东华理工大学 江西省新能源工艺与装备工程技术研究中心，江西 南昌 ３３００１３）
摘 要：逆变器是一种强非线性系统，存在丰富的非线 性 现 象，非 线 性 会 导 致 系 统 运 行 不 稳 定．分 析 谷 值 电 流 控制的 Ｈ 桥逆变器的工作原理，运用频闪映射方法建立该逆变器的离 散 模 型．利 用 频 闪 图、分 岔 图、折 叠 图 及 Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数谱，分析该逆变器出现的非线性现象．采 用 Ｊａｃｏｂｉａｎ矩 阵 法，阐 述 系 统 稳 定 性 发 生 变 化 的 原 因． 研究结果表明，该逆变器中存在非线性现象．研究结论对于谷值电流控制 的 Ｈ 桥 逆 变 器 的 设 计 有 理 论 意 义 及 工程价值． 关键词：Ｈ 桥逆变器；谷值电流控制；离散迭代映射；混沌 中 图 分 类 号 ：ＴＭ４６４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－２１６２（２０１９）０２－００６５－０７
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｒｉｃｈ ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｎｄ ｃａｎ ｌｅａｄ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｈ －ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｂｙ ｖａｌｌｅｙ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｐｐｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｔｒｏｂｏｓｃｏｐｉｃ ｇｒａｐｈ，ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ，ｆｏｌｄｉｎｇ ｃｈａｒｔ ａｎｄ Ｌｙａｐｕｎｏｖ ｉｎｄｅｘ ｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｔｈｅ Ｊａｃｏｂｉａｎ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｎｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔｅｄ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｈａｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｂｙ ｖａｌｌｅｙ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｖａｌｌｅｙ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｉｔｅｒａｔｅｄ ｍａｐｐｉｎｇ；ｃｈａｏｓ
电力电子电路是一种典型的非线性系统，表现出相当复杂的 非 线 性 动 力 学 行 为，如 次 谐 波 振 荡、周 期跳跃、各种类型的分岔及混沌现 象［１－５］．逆 变 器 是 一 种 基 本 的 电 力 电 子 电 路，在 工 程 中 会 发 生 一 些 不 稳定现象，如运行状况突变、刺耳电磁 噪 声、系 统 突 然 崩 溃 等［６］．因 而，对 逆 变 器 中 的 非 线 性 现 象 进 行 研 究有重要的意义．
２０１９ 年 ３ 月 第 ４３ 卷 第 ２ 期
安 徽 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｓｎ．１０００－２１６２．２０１９．０２．０１０
Ｍａｒｃｈ ２０１９ Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．２
收 稿 日 期 ：２０１８－０４－２６ 基金项目：江西省教育厅科技项目（１７１５０９，１７１５１０，１８１５１９）；江西省新能源工艺及装备工程技 术 研 究 中 心 开 放 基 金 资 助
项目（ＪＸＮＥ２０１７－０７）；２０１７抚州市科技计划项目（技术 创 新 引 导 项 目 １４）；江 西 省 教 改 课 题 项 目（ＪＸＪＧ－１７－ ３７－３） 作者简介：吴荣华（１９９２－），男，安徽 铜 陵 人，东 华 理 工 大 学 硕 士 研 究 生 ，Ｅ－ｍａｉｌ：１１２５２０５９９１＠ｑｑ．ｃｏｍ；＊ 江 伟（通 信 作 者 ），东 华 理 工 大 学 副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ，博 士 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｗ１８６＠１６３．ｃｏｍ．
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安 徽 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第 ４３ 卷
近年来，对逆变器非线性现象的研究已开展，文献［７］研究了 Ｈ 桥逆变器在比例控制下 的非 线 性现 象；文献［８］深入分析了 Ｈ 桥直流斩波变换器边界 碰 撞 分 岔 的 机 理；文 献 ［９］应 用 频 闪 映 射 图、迭 代 图、 分岔图分析了工作在比例调节下的逆变器出现的非线性 现 象 ；文献［１０］研究 了 逆 变 电 路 在 数 字 控 制 下 发生振荡的内在机理；文献［１１］运用斜坡补偿的方法，控制了单相 ＳＰＷＭ 逆变器的快标分岔．
Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｂｙ ｖａｌｌｅｙ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ
ＷＵ Ｒｏｎｇｈｕａ，ＪＩＡＮＧ Ｗｅｉ＊
（Ｊｉａｎｇｘｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）