[发明专利]一种ISOP型级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法

说明书

本发明设计一种输入串联输出并联含双有源桥的级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法（An electromagnetic transient equivalent modeling method for double active bridge basedcascaded power electronictransformer featuring with input‑series output‑parallel）。本发明的核心技术方案是：1、对开关组、电容、电感、变压器原/副边进行离散化等效，形成级联型PET的伴随电路；2、列写单个H桥‑DAB模块的节点导纳方程，利用快速嵌套同时求解算法，消去内部节点，得到仅含四节点的等效电路，同时保留内部节点的导纳信息；3、进行PET模块间的等效化简，得到多个H桥‑DAB模块的仅含四节点的等效电路，并推广至三相；4、使用电磁暂态仿真软件整体求解，得到各相的等效四端子电压、电流；5、反解消去节点的电压、电流，更新当前时刻电容、电感、变压器支路的等效参数。

技术领域

本发明涉及一种ISOP型级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法，属于输配电技术领域。

背景技术

电力电子变压器(Double active bridge based cascaded power electronictransformer,PET)凭借其转换效率高、体积小、重量轻，电能质量高等优点，成为未来智能配电网中的关键设备。基于双有源桥的级联型电力电子变压器受功率半导体器件耐压水平的限制，其高压侧采用多个级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)变流器，低压输出侧并联连接到同一直流正负极线，具有高度模块化、可拓展以及易实现冗余设计等优点。仿真电力电子变压器时，由于DAB中的高频变压器的存在，在电磁暂态仿真程序中以小步长求解含PET的系统的仿真速度是十分缓慢的，目前暂无针对级联型电力电子变压器的电磁暂态提速模型。本发明基于对输入串联、输出并联这种拓扑结构的分析，结合高频变压器原/副边没有电气联系的特性，设计了一种针对级联型电力电子变压器的电磁暂态建模方法。所提出的建模方法本质上是将模块内部节点或模块间被消去节点的信息转移到保留节点，以消去内部支路，从而获得降阶后的诺顿和戴维南等效电路，在进行一个步长的求解之后，可以通过反解迅速更新全部消去节点上的电气信息。

发明内容

本发明提供一种级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法，该建模方法包括以下步骤：

步骤1：将单个H桥-DAB单元各自的IGBT及其反并联二极管用一个在高、低阻值间切换的二值开关电阻代替，同时采用梯形积分法将电容、电感元件和变压器原/副边耦合电感离散化为一个电导并联一个历史电流源的形式，从而得到级联型电力电子变压器的一个基本组成单元的伴随电路。推广到其他结构完全一样的模块，进而得到整个级联型电力电子变压器的伴随电路。

步骤2：列写当前仿真周期内，分开表示基本单元内部和外部电流源的节点导纳方程，然后利用嵌套快速同时求解算法消去内部节点，分别得到电力电子变压器高压侧和低压侧的戴维南等效电路，同时存储内部节点的导纳信息。

步骤3：进行级联型电力电子变压器模块间的等效化简，输入串联进行电压源和电阻的叠加，输出并联进行电流源和电导的叠加，得到单相仅含四节点的对外戴维南或诺顿等效电路，同时保留消去节点的等效导纳信息。

步骤4：推广到交流三相系统各自连接的级联型电力电子变压器，并使用电磁暂态仿真程序进行一个步长的求解，得到各相的等效节点上的电压和电流值。

步骤5：利用步骤3中的等效导纳信息，在已知等效节点的电压和电流基础上，可以迅速反解出最后被消去的基本单元上的节点电压和电流，再利用步骤2中保留的内部节点导纳信息，反解出内部节点上的电压和电流，从而更新当前仿真周期内的电容、电感和变压器支路的等效历史电流源参数。

附图说明

图1为采用H桥-DAB结构的级联型电力电子变压器示意图。