单相电力电子变压器大信号仿真模型制造技术

本发明专利技术涉及电力系统变压器仿真领域，具体涉及一种单相电力电子变压器大信号仿真模型，目的在于提高仿真速度。本发明专利技术的仿真模型包括级联H桥变换器等效大信号模型和双有源桥变换器等效大信号模型。其中，级联H桥变换器等效大信号模型由级联H桥变换器模块、第一受控电压源H1、第一受控电流源S1和支撑电容C1构成；级联H桥变换器模块包括4个输入信号以及4个输出端子；双有源桥变换器等效大信号模型由双有源桥变换器模块、等效电阻Req、等效电感Leq、输出侧电容C2、第二受控电压源H2和第二受控电流源S2构成；双有源桥变换器模块包括4个输入信号以及4个输出端子。本发明专利技术可以加快单相电力电子变压器在受到负载投切或故障等大信号扰动时的仿真速度。

【技术实现步骤摘要】
单相电力电子变压器大信号仿真模型
本专利技术涉及电力系统变压器仿真领域，具体涉及一种单相电力电子变压器大信号仿真模型。
技术介绍
为满足未来智能电网中的中高压配电网应用需求，国内外针对多类型电力电子变压器(PowerElectronicTransformer，PET)展开研究。除具备传统变压器的电压等级变换和电气隔离功能外，PET还能够实现潮流双向流动、电能质量控制、装置自动保护等功能。考虑到功率半导体器件的耐压水平，目前应用在中高压配电网的PET一般由多功率模块级联组成，且每个功率模块包括H桥变换器和双有源桥变换器，通过将功率模块的输出侧并联产生直流电压供给用户使用。现如今，已在电力系统得到应用的级联型PET可分为单相PET和三相PET，而三相PET可由三个单相PET按照星接或角接方式组成。针对单相电力电子变压器的设计，其稳定性是最基础、最核心及最复杂的部分。在实际运行过程中，各级联功率模块之间存在相互作用，系统在受到负载投切或故障等大信号扰动时可能无法工作在预设的稳定工作点，出现直流母线电压跌落、震荡等其他异常现象。通过在设计阶段利用计算机仿真提前预知系统的稳定性可为改善系统性能和提高运行可靠性提供保证。现有技术中常用的方法是：采用仿真模型与实际电路中元件1对1的方法来构建仿真模型。但是，由于级联功率模块较多导致系统规模庞大，利用仿真软件计算需要花费大量时间，还有可能出现计算不收敛的情况，导致仿真无法进行。因此，建立单相电力电子变压器大信号仿真模型，对于分析系统运行稳定性和加快系统仿真速度至关重要。现有技术中构建大信号仿真模型的方法是采用回转器等模型。单相电力电子变压器大信号仿真模型主要包括：级联H桥变换器和双有源桥变换器等效大信号模型。对于级联H桥变换器等效大信号模型，现有方案一般基于功率平衡原则，忽略变换器中功率损耗，采用回转器等效模型，将变换器交流输入侧和直流输出侧等效为两个受控电流源，输出侧受控电流源的控制信号来自于电容电压单闭环控制系统的输出，该模型仿真速度较快，但无法模拟实物仿真模型中的双闭环控制系统；对于双有源桥变换器，一般包含LC谐振式和非谐振式，LC谐振式双有源桥变换器中当功率半导体的开关频率与变换器中LC谐振回路的频率相同时，可采用输出50％占空比方波电压的开环控制方式进行功率传输，该种控制方式较为简便，此类双有源变换器等效大信号模型采用回转器建立时，往往需要经过复杂的计算机编程求得回转器模型中受控电流源的控制信号。除回转器模型外，现有方案也可采用离散域模型和基于现代控制理论的大信号模型，其仿真精度较高，但是模型较为复杂，无法求得系统在时域下的解析形式。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种单相电力电子变压器大信号仿真模型，提高了单相电力电子变压器在受到负载投切或故障等大信号扰动时的仿真速度。本专利技术的一方面，提出一种单相电力电子变压器大信号仿真模型，所述单相电力电子变压器包括N个功率模块，每个功率模块由H桥变换器和双有源桥变换器构成；N个H桥变换器的输入侧级联，每个H桥变换器的输出侧均并联有支撑电容C1′；每个双有源桥变换器均包含由电容和高频变压器组成的谐振电路，该谐振电路采用开环占空比为50％的方波电压进行控制；每个双有源桥变换器的输出侧均并联有输出侧电容C2′；N个双有源桥变换器的输出侧并联；所述仿真模型包括：级联H桥变换器等效大信号模型和与之相连的双有源桥变换器等效大信号模型；所述级联H桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个H桥变换器；所述双有源桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个双有源桥变换器。优选地，所述单相电力电子变压器还包括：电压电流双闭环控制系统；相应地，所述仿真模型还包括：电压电流双闭环控制模型；所述电压电流双闭环控制模型用于模拟所述电压电流双闭环控制系统。优选地，所述级联H桥变换器等效大信号模型包括：级联H桥变换器模块、第一受控电压源H1、第一受控电流源S1和支撑电容C1；其中，所述级联H桥变换器模块包括：4个输入信号ug、ig、UC1、N，以及4个输出端子a1、b1、c1、d1；ug为采集到的所述电压电流双闭环控制模型输出的交流电压参考信号，ig为采集到的所述仿真模型中网侧电流信号，UC1为采集到的所述支撑电容C1的电压信号，N为所述单相电力电子变压器级联功率模块数量；a1、b1分别与所述第一受控电压源H1的正、负极控制端子连接；c1、d1分别与所述第一受控电流源S1的正、负极控制端子连接；所述第一受控电压源H1的两个电压端子连接电网；所述第一受控电流源S1的正、负极输出端子分别与所述支撑电容C1的正、负极连接。优选地，所述双有源桥变换器等效大信号模型包括：双有源桥变换器模块、等效电阻Req、等效电感Leq、输出侧电容C2、第二受控电压源H2和第二受控电流源S2；其中，所述双有源桥变换器模块包括4个输入信号Icur、Udc、k、N，以及4个输出端子a2、b2、c2、d2；Udc为采集到的所述输出侧电容C2两端的直流电压信号，Icur为采集到的流经所述等效电阻Req的电流信号，k为所述单相电力电子变压器的单个双有源桥变换器中高频变压器的原、副边电压变比，N为所述单相电力电子变压器级联功率模块数量；a2、b2分别与所述第二受控电压源H2的正、负极控制端子连接；c2、d2分别与所述第二受控电流源S2的正、负极控制端子连接；所述第二受控电压源H2的正极电压端子依次与所述等效电阻Req、所述等效电感Leq串联后，与所述支撑电容C1的正极连接；所述第二受控电压源H2的负极电压端子与所述支撑电容C1的负极连接；所述第二受控电流源S2的正、负极输出端子分别与所述输出侧电容C2的正、负极连接。优选地，所述支撑电容C1的值为：C1＝C1′其中，C1′为所述单相电力电子变压器中单个H桥变换器的输出侧并联的支撑电容。优选地，所述级联H桥变换器模块的输出端子a1、b1输出的电压控制信号为：uab1＝ug其中，ug为所述双闭环控制模型输出的交流电压参考信号。优选地，所述级联H桥变换器模块的输出端子c1、d1输出的电流控制信号为：其中，ug为所述双闭环控制模型输出的交流电压参考信号，ig为采集到的所述仿真模型中网侧电流信号，N为所述单相电力电子变压器级联功率模块数量，UC1为采集到的所述仿真模型中所述支撑电容C1的电压信号。优选地，所述输出侧电容C2的值为所述单相电力电子变压器中N个双有源桥变换器输出侧电容C2′的容量之和。优选地，所述等效电阻Req的值为：其中，Rloss为所述单相电力电子变压器中单个双有源桥变换器中的高频变压器折算到高压侧的原、副边线圈电阻值。优选地，所述等效电感Leq的值为：其中，Lres为将所述单相电力电子变压器中单个双有源桥变换器中的高频变压器副边绕组短路时，在高频变压器原边绕组处测量得到的电感值。优选地，所述双有源桥变换器模块的输出端子a2、b2输出的电压控制信号为：Uab2＝kUdc其中，k为所述单相电力电子变压器的单个双有源桥变换器中高频变压器的原、副边电压变比，Udc为采集到的所述仿真模型中所述输出侧电容C2两端的直流电压信号。优选地，所述双有源桥变换器模块的输出端子c2、d2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相电力电子变压器大信号仿真模型，所述单相电力电子变压器包括N个功率模块，每个功率模块由H桥变换器和双有源桥变换器构成；N个H桥变换器的输入侧级联，每个H桥变换器的输出侧均并联有支撑电容C1′；每个双有源桥变换器均包含由电容和高频变压器组成的谐振电路，该谐振电路采用开环占空比为50％的方波电压进行控制；每个双有源桥变换器的输出侧均并联有输出侧电容C2′；N个双有源桥变换器的输出侧并联；其特征在于，所述仿真模型包括：级联H桥变换器等效大信号模型和与之相连的双有源桥变换器等效大信号模型；所述级联H桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个H桥变换器；所述双有源桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个双有源桥变换器。

【技术特征摘要】
1.一种单相电力电子变压器大信号仿真模型，所述单相电力电子变压器包括N个功率模块，每个功率模块由H桥变换器和双有源桥变换器构成；N个H桥变换器的输入侧级联，每个H桥变换器的输出侧均并联有支撑电容C1′；每个双有源桥变换器均包含由电容和高频变压器组成的谐振电路，该谐振电路采用开环占空比为50％的方波电压进行控制；每个双有源桥变换器的输出侧均并联有输出侧电容C2′；N个双有源桥变换器的输出侧并联；其特征在于，所述仿真模型包括：级联H桥变换器等效大信号模型和与之相连的双有源桥变换器等效大信号模型；所述级联H桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个H桥变换器；所述双有源桥变换器等效大信号模型用于模拟所述单相电力电子变压器中的N个双有源桥变换器。2.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，所述单相电力电子变压器还包括：电压电流双闭环控制系统；相应地，所述仿真模型还包括：电压电流双闭环控制模型；所述电压电流双闭环控制模型用于模拟所述电压电流双闭环控制系统。3.根据权利要求2所述的仿真模型，其特征在于，所述级联H桥变换器等效大信号模型包括：级联H桥变换器模块、第一受控电压源H1、第一受控电流源S1和支撑电容C1；其中，所述级联H桥变换器模块包括：4个输入信号ug、ig、UC1、N，以及4个输出端子a1、b1、c1、d1；ug为采集到的所述电压电流双闭环控制模型输出的交流电压参考信号，ig为采集到的所述仿真模型中网侧电流信号，UC1为采集到的所述支撑电容C1的电压信号，N为所述单相电力电子变压器级联功率模块数量；a1、b1分别与所述第一受控电压源H1的正、负极控制端子连接；c1、d1分别与所述第一受控电流源S1的正、负极控制端子连接；所述第一受控电压源H1的两个电压端子连接电网；所述第一受控电流源S1的正、负极输出端子分别与所述支撑电容C1的正、负极连接。4.根据权利要求3所述的仿真模型，其特征在于，所述双有源桥变换器等效大信号模型包括：双有源桥变换器模块、等效电阻Req、等效电感Leq、输出侧电容C2、第二受控电压源H2和第二受控电流源S2；其中，所述双有源桥变换器模块包括4个输入信号Icur、Udc、k、N，以及4个输出端子a2、b2、c2、d2；Udc为采集到的所述输出侧电容C2两端的直流电压信号，Icur为采集到的流经所述等效电阻Req的电流信号，k为所述单相电力电子变压器的单个双有源桥变换器中高频变压器的原、副边电压变比，N为所述单相电力电子变压器级联功率模块数量；a2、b2分别与所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：高范强，张航，李子欣，胡钰杰，王平，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11