一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型。模块化DC/DC变换器由

【技术实现步骤摘要】
一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型
本专利技术属于电力系统建模与仿真领域，具体涉及一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型。
技术介绍
通常，为满足电力系统的容量和电压需求，模块化DC/DC变换器可能需要由上百个子模块组成，在这些子模块中包含了大量的开关器件，而且为了减小隔离变压器的体积和重量，子模块中的开关器件将工作于中高频状态。PSCAD/EMTDC在进行电磁暂态仿真时，要首先对其所仿真系统的节点导纳矩阵求逆，进而求解各个节点的电气量。由于模块化DC/DC变换器中包含大量工作于中高频状态的开关器件，在仿真过程中，PSCAD/EMTDC需要频繁的对高阶节点导纳矩阵求逆，导致其所需的仿真时间远远超出可接受的范围。上述问题本质上为包含电力电子设备的电力系统仿真模型优化问题，为解决此类问题，一些文献中提出了一种电路模型分割法，该方法可以在保证初始仿真模型仿真精度的前提下，通过将一个高阶的节点导纳矩阵分解为若干个低阶的节点导纳矩阵，大幅提高节点导纳矩阵求逆的速度，从而加快仿真模型的仿真速度。然而随着大量电力电子设备在电力系统中的应用，在某些应用场合，即使采用电路模型分割法对初始仿真模型进行改进，仿真模型的仿真速度仍然难以满足要求。因此，必须对模块化DC/DC变换器的仿真模型进行进一步的优化，以便于对该变换器展开进一步深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决模块化DC/DC变换器的初始仿真模型仿真速度过慢的问题，而提供了一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型。本专利技术的仿真提速模型特别适用于对含有大量子模块的模块化DC/DC变换器进行电磁暂态仿真的场合，与初始仿真模型相比，可以极大幅度的减少运行时间，并且具有较高的仿真精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：模块化DC/DC变换器由N个子模块(LLC谐振变换器)串并联组成。与之相对应的，提出了一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型。本专利技术所提出的模块化DC/DC变换器的仿真提速模型由计算机程序模块和N个子模块外部电路组成，子模块的内部电路被等效为四组离散化数学模型并利用Fortran语言写入计算机程序模块中的计算机仿真程序之中。所述的模块化DC/DC变换器的子模块为LLC谐振变换器，其N个子模块的连接方式包括但不限于输入侧串联输出侧串联、输入侧串联输出侧并联、输入侧并联输出侧串联、输入侧并联输出侧并联等多种形式，也包括先将全部子模块划分为多个子模块组后，再进行子模块组间的输入侧并联输出侧串联或输入侧串联输出侧并联等形式。所述计算机程序模块的输入信号为N个子模块的输入电压信号Vin_i(N)、输出电压信号Vo_i(N)和开关管触发信号Ti(N)，i＝1,2,…,N。所述计算机程序模块的输出信号为N个子模块的输入电流信号Iin_i(N)和输出电流信号iD_i(N)。所述四组离散化数学模型是对子模块各种工作模态所对应的等效数学模型进行离散化处理的结果，离散化后的数学模型1为：数学模型2为：数学模型3为：数学模型4为：式中：Cs为子模块的串联谐振电容，Ls为子模块的串联谐振电感，Lp为子模块的并联谐振电感，Vin_i为子模块的输入电压，Vo_i为子模块的输出电压，vres为谐振回路的输入电压，ires为谐振回路的输入电流，vp为并联谐振电感上的电压即隔离变压器原边的电压，ilp为并联谐振电感上的电流，iD_i为整流侧的输出电流，vcs为串联谐振电容上的电压，vls为串联谐振电感上的电压，ip为隔离变压器原边的电流，nt为隔离变压器变比，Δt为仿真步长。所述子模块外部电路由两个受控电流源和两个电容构成，两个受控电流源的控制信号分别为所述的计算机程序模块的输出信号Iin_i和iD_i，Iin_i和iD_i按下式求得：式中所述计算机仿真程序完整的模拟LLC谐振变换器在作为模块化DC/DC变换器子模块时可能出现的全部工作模态，其内部包含子模块的4组离散化数学模型，能判断当前子模块工作于何种工作模态及应采用哪组数学模型进行等效，通过将该程序流程嵌入一个循环结构之中，依次对N个子模块进行仿真计算。所述对子模块处于何种工作模态及采用何种数学模型等效进行判断的依据包括Ti的值、vp的值和ip的值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术适用于对含有大量子模块的模块化DC/DC变换器进行电磁暂态仿真的场合，与初始仿真模型相比，可以极大幅度的减少运行时间，为对模块化DC/DC变换器进一步深入的研究创造有利条件。附图说明图1为四种最基本的模块化DC/DC变换器的结构；图2为子模块LLC谐振变换器的结构；图3为计算机程序模块和子模块外部电路的结构；图4为计算机程序模块内部计算机仿真程序的流程图；图5为模块化DC/DC变换器的仿真提速模型、基于电路模型分割法的加速模型和初始仿真模型仿真速度的对比图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。图1为几种最为常见的模块化DC/DC变换器拓扑结构，其子模块的连接方式包括输入侧串联输出侧串联、输入侧串联输出侧并联、输入侧并联输出侧串联、输入侧并联输出侧并联等四种。此外，还有如先将全部子模块划分为多个子模块组后再进行子模块组间的串并联的拓扑结构未在图中画出。通过子模块间串并联，模块化DC/DC变换器的直流电压增益和额定容量可以在在很大范围内任意调节。模块化DC/DC变换器的子模块为LLC谐振变换器，其电路结构如图2中所示。为解决模块化DC/DC变换器的初始仿真模型仿真速度过慢的问题，本专利技术提出了图3中所示的仿真提速模型，整个仿真提速模型由一个图3中所示的计算机程序模块N个图3中所示的子模块外部电路组成。计算机程序模块的输入信号为N个子模块的输入电压信号Vin_i(N)、输出电压信号Vo_i(N)和开关管触发信号Ti(N)，i＝1,2,…,N。计算机程序模块的输出信号为N个子模块的输入电流信号Iin_i(N)和输出电流信号iD_i(N)。计算机程序模块内部为基于子模块内部电路等效的四组离散化数学模型编写的计算机仿真程序。四组离散化数学模型是对子模块各种工作模态所对应的等效数学模型进行离散化处理的结果，离散化后的数学模型1为：数学模型2为：数学模型3为：数学模型4为：式中：Cs为子模块的串联谐振电容，Ls为子模块的串联谐振电感，Lp为子模块的并联谐振电感，Vin_i为子模块的输入电压，Vo_i为子模块的输出电压，vres为谐振回路的输入电压，ires为谐振回路的输入电流，vp为并联谐振电感上的电压即隔离变压器原边的电压，ilp为并联谐振电感上的电流，iD_i为整流侧的输出电流，vcs为串联谐振电容上的电压，vls为串联谐振电感上的电压，ip为隔离变压器原边的电流，nt为隔离变压器变比，Δt为仿真步长。子模块外部电路由两个受控电流源和两个电容构成，两个受控电流源的控制信号分别为计算机程序模块的输出信号Iin_i和iD_i，Iin_i和iD_i按下式求得：式中计算机仿真程序完整的模拟LLC谐振变换器在作为模块化DC/DC变换器子模块时可能出现的全部工作模态，其内部包含子模块的4组离散化数学模型，能判断当前子模块工作于何种工作模态及应采用哪组数学模型进行等效，通过将该程序流程嵌入一个循环结构之中，依次对N个子模块进行仿真计算。对子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型，其特征在于：模块化DC/DC变换器的仿真提速模型由计算机程序模块和N个子模块的外部电路组成，将子模块的内部电路等效为四组离散化数学模型并利用Fortran语言写入计算机程序模块中的计算机仿真程序之中。

【技术特征摘要】
1.一种模块化DC/DC变换器的仿真提速模型，其特征在于：模块化DC/DC变换器的仿真提速模型由计算机程序模块和N个子模块的外部电路组成，将子模块的内部电路等效为四组离散化数学模型并利用Fortran语言写入计算机程序模块中的计算机仿真程序之中。2.根据权利要求1所述的仿真提速模型，其特征在于：模块化DC/DC变换器的子模块为LLC谐振变换器，所述N个子模块的连接方式包括输入侧串联输出侧串联、输入侧串联输出侧并联、输入侧并联输出侧串联和输入侧并联输出侧并联。3.根据权利要求2所述的仿真提速模型，其特征在于：所述N个子模块的连接方式包括先将全部子模块划分为多个子模块组后，再进行子模块组间的输入侧并联输出侧串联或输入侧串联输出侧并联的形式。4.根据权利要求1所述的仿真提速模型，其特征在于：所述计算机程序模块的输入信号为N个子模块的输入电压信号Vin_i(N)、输出电压信号Vo_i(N)和开关管触发信号Ti(N)，i＝1,2,…,N。5.根据权利要求1所述的仿真提速模型，其特征在于：所述计算机程序模块的输出信号为N个子模块的输入电流信号Iin_i(N)和输出电流信号iD_i(N)。6.根据权利要求1中所述的仿真提速模型，其特征在于：所述四组离散化数学模型是对子模块各种工作模态所对应的等效数学模型进行离散化处理的结果，离散化后的数学模型1为：数学模型2为：数学模型3为：

【专利技术属性】
技术研发人员：尹瑞，张保瑞，任素龙，王利杰，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，国网河北能源技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13