一种基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法及系统，所述方法包括，首先，基于模块化组合型直流变压器中各个子模块输入侧和输出侧的连接方式，对组合型直流变压器的各个子模块输入侧和输出侧进行等效解耦，获取第一解耦等效模型；然后，基于所述第一解耦等效模型，将模块化组合型直流变压器中任一子模块中的双有源全桥DC-DC变换器进行等效解耦，获取第二解耦等效模型；最后，基于第一解耦等效模型与第二解耦等效模型，将一个或多个由各个子模块组成的模块集进行组合，获取模块化组合型直流变压器快速等效模型。上述建模方法适用于任何高压大容量的大规模模块化组合型直流变压器，普适性强，且提高了仿真精度和仿真效率。真效率。真效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法及系统


[0001]本专利技术属于直流变压器
，特别涉及一种基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法及系统。

技术介绍

[0002]高压直流输电技术由于具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点，从而在我国得到了大规模应用。构建高压直流电网可以充分利用各种能源的互补特性，实现大范围内资源的优化配置、大规模新能源的可靠接入及现有电力系统运行稳定性的提升。高压大容量直流变压器是实现可再生能源高效接入和不同电压等级直流系统互联的关键环节。
[0003]现有的高压大容量直流变压器的拓扑类型主要包括：晶闸管谐振型、模块化多电平型、开关电容型以及模块化组合型直流变压器等。受到当前功率器件容量的限制，任意种类的直流变压器都难以仅通过一个模块构造出具有输电电压等级的端口，模块化组合型直流变压器可以有效地避免功率器件的直接串联，加之具有模块化结构、便于标准化生产、调试和冗余设计而被广泛采用。同时，采用双有源全桥DC-DC变换器作为直流变压器的基本功率单元可以使直流变压器兼顾电气隔离、双向功率流动和高功率密度等优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括，基于模块化组合型直流变压器中各个子模块输入侧和输出侧的连接方式，对组合型直流变压器的各个子模块输入侧和输出侧进行等效解耦，获取第一解耦等效模型；基于所述第一解耦等效模型，将模块化组合型直流变压器中任一子模块中的双有源全桥DC-DC变换器进行等效解耦，获取第二解耦等效模型；基于第一解耦等效模型与第二解耦等效模型，将一个或多个由各个子模块组成的模块集进行组合，获取模块化组合型直流变压器快速等效模型。2.根据权利要求1所述的基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，所述基于模块化组合型直流变压器中各个子模块输入侧和输出侧的连接方式，对模块化组合型直流变压器的各个子模块输入侧和输出侧进行等效解耦，获取第一解耦等效模型包括，所述模块化组合型直流变压器中各个子模块输入侧为串联连接端口时：各个子模块输入侧电流均相等，将各个子模块的输入侧等效为一个受控电流源；其中，每个受控电流源的电流值为模块化组合型直流变压器电源侧输入电流I
in
；所述模块化组合型直流变压器中各个串联的子模块等效为一个受控电压源，所述受控电压源的电压值为各个子模块输入侧电压之和U
in
；所述模块化组合型直流变压器中各个子模块输出侧为并联连接端口时：各个子模块的输出侧电压均相等，将各个子模块的输出侧等效为一个受控电压源；其中，所述受控电压源的电压值为模块化组合型直流变压器的输出电压U
o
；所述模块化组合型直流变压器中各个并联的子模块等效为一个受控电流源，所述受控电流源的电流值为各个子模块输出侧电流之和I
o
。3.根据权利要求2所述的基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，所述各个子模块输入侧电压之和U
in
与输出侧电流之和I
o
满足以下关系式：其中，M为模块化组合型直流变压器中任一模块集中子模块的总数，i∈M，U
ini
表示第i个子模块输入侧的电压值，I
oi
表示第i个子模块输出侧的电流值。4.根据权利要求2所述的基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，所述基于所述第一解耦等效模型，将模块化组合型直流变压器中任一子模块中的双有源全桥DC-DC变换器进行等效解耦，获取第二解耦等效模型包括，将双有源全桥DC-DC变换器等效解耦为三部分包括：输入侧直流端口、中间交流环节和输出侧直流端口，其中，将双有源全桥DC-DC变换器输入侧直流端口等效为一个输入受控电流源，所述输入受控电流源的电流为所述双有源全桥DC-DC变换器的输入电流；将双有源全桥DC-DC变换器中间交流环节等效为原边全桥受控电压源、隔离变压器以及副边全桥受控电压源，其中，原边全桥受控电压源和副边全桥受控电压源的电压分别为原边全桥和副边全桥的交流输出电压；
将双有源全桥DC-DC变换器输出侧直流端口等效为一个输出受控电流源，所述输出受控电流源的电流为所述双有源全桥DC-DC变换器的输出电流。5.根据权利要求4所述的基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，所述基于所述第一解耦等效模型，将模块化组合型直流变压器中任一子模块中的双有源全桥DC-DC变换器进行等效解耦，获取第二解耦等效模型还包括，基于双有源全桥DC-DC变换器在单相移控制下原、副边全桥的三种工作状态，确定任一第二解耦等效模型中所述输入受控电流源的电流、原边全桥受控电压源的电压、副边全桥受控电压源的电压和所述输出受控电流源的电流；其中，第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的原边全桥中，工作状态为开关管S
11
与S
14
导通且开关管S
12
与S
13
关断时，第i个子模块中原边全桥受控电压源的电压U
abi
和输入受控电流源的电流I
pi
满足公式(1)：其中，U
ini
表示第i个子模块输入侧的电压值，U
fg
和U
fd
分别表示开关管和二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流；第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的原边全桥中，工作状态为开关管S
12
与S
13
导通且开关管S
11
与S
14
关断时，第i个子模块中原边全桥受控电压源的电压U
abi
和输入受控电流源的电流I
pi
满足公式(2)：其中，U
ini
表示第i个子模块输入侧的电压值，U
fg
和U
fd
分别表示开关管和二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流；第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的原边全桥中，工作状态为开关管S
11
～S
14
关断时，第i个子模块中原边全桥受控电压源的电压U
abi
和输入受控电流源的电流I
pi
满足公式(3)：其中，U
ini
表示第i个子模块输入侧的电压值，U
fd
表示二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流；
第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的副边全桥中，工作状态为开关管S
15
与S
18
导通且开关管S
16
与S
17
关断时，第i个子模块中副边全桥受控电压源的电压U
cdi
和输出受控电流源的电流I
si
满足公式(4)：其中，U
oi
表示第i个子模块输出侧的电压值，U
fg
和U
fd
分别表示开关管和二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流，n表示隔离变压器的变比；第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的副边全桥中，工作状态为开关管S
16
与S
17
导通且开关管S
15
与S
18
关断时，第i个子模块中副边全桥受控电压源的电压U
cdi
和输出受控电流源的电流I
si
满足公式(5)：其中，U
oi
表示第i个子模块输出侧的电压值，U
fg
和U
fd
分别表示开关管和二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流，n表示隔离变压器的变比；第i个子模块中双有源全桥DC-DC变换器的副边全桥中，工作状态为开关管S
15
～S
18
关断时，第i个子模块中副边全桥受控电压源的电压U
cdi
和输出受控电流源的电流I
si
满足公式(6)：其中，U
oi
表示第i个子模块输出侧的电压值，U
fd
表示二极管的导通压降，i
Li
表示第i个子模块原边全桥的电感电流，n表示隔离变压器的变比。6.根据权利要求5所述的基于交直流解耦的直流变压器仿真建模方法，其特征在于，基于所述公式(1)-(6)，第i个子模块中I
pi
、U
abi
、U
cdi
和I
si
满足：或，
其中，S
11-S
18
表示第i个子模块内各个开关管的开关信号；U
abi
和U
cdi
分别为隔离变压器原边全桥和副边全桥的交流输出电压；i
Li
表示第i个模块的电感电流；U
ini
和U
oi
分别表示第i个模块的输入电压和输出电压；U
fg
和U
fd
分别表示开关管和二极管的导通压降；I
pi

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，安峰，宋强，余占清，曾嵘，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：