一种直流变压器的仿真建模方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及变压器仿真技术领域，公开了一种直流变压器的仿真建模方法及系统，其方法将直流变压器离散化为H桥和变压器，通过分别构建直流变压器的H桥和变压器的等效电路模型，将两个H桥的等效电路模型通过变压器的等效电路模型进行互感连接，得到直流变压器的电路仿真模型，以保证直流变压器的电路仿真模型的整体性和输出特性，提高了各离散模型之间联络的稳定性。稳定性。稳定性。

A simulation modeling method and system of DC transformer

【技术实现步骤摘要】
一种直流变压器的仿真建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及变压器仿真
，尤其涉及一种直流变压器的仿真建模方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，随着大中城市城镇化进程加速，电力负荷需求快速增长，在输电走廊日益“拥堵”的城市，终端用户负荷直流化趋势明显，用户侧分布式电源和柔性负荷“即插即用”的需求与日俱增，对电能质量和供电可靠性要求越发严苛。在柔性直流输电技术已趋成熟的背景下，柔性直流配电网扮演者越来越重要的作用。变压器作为电力系统中的核心设备，通过电磁感应的原理实现电能的隔离以及电压的变换，已经被广泛应用于发、输、配用各个环节。
[0003]在配电系统中，交流变压器广泛应用于城市配电系统。但是，随着能源结构的升级，传统配电系统中的负荷发生了巨大的改变。可再生能源、储能以及新型负荷在配网系统中的比例越来越大，这些大规模接入配网系统的元素往往呈现出直流的特性，传统基于交流电能变换的变压器在规模化接入直流元素的背景下遇到了越来越多的问题，这包括交流并网系统的稳定性、高效性以及可靠性。另外一方面，随着柔性直流输电和直流断路器等设备的成熟，中压直流的配电系统已经成为了可能。因此，从应用端出发，需要构建直流形式的变压器系统，满足中压直流配电系统和低压直流电网的连接，该低压直流电网依据不同元素的需求，能够适配多个电压等级。因此，多电压等级直流变压器便成为柔性直流配电网关键核心设备。
[0004]直流变压器实时仿真建模需要对直流变压器中的每个双主动全桥变换器(Dual
‑
activer/>‑
bridge,DAB)进行单独的建模，且每个DAB变换器需进行独立控制。通常情况下，以单个子模块为单元对模型进行分割建模，但这种方法对于在DAB数量较多的场合，需要计算和处理的数据较大，对硬件资源会有极大的浪费，而且，由于仿真模块自身的特点，每个仿真模块之间无电气连接，只有信号传输，这种方法很难将控制系统与主电路联系起来，难以保证各部分仿真模型之间联络的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种直流变压器的仿真建模方法及系统，解决了直流变压器的各部分仿真模型之间联络的稳定性较差的技术问题。
[0006]有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种直流变压器的仿真建模方法，其直流变压器包括两个H桥和一个变压器，两个所述H桥通过所述变压器进行连接，包括以下步骤：
[0007]根据所述H桥的预设配置参数构建所述H桥的等效电路模型；
[0008]根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型；
[0009]将两个所述H桥的等效电路模型通过所述变压器的等效电路模型进行互感连接，得到直流变压器的电路仿真模型。
[0010]优选地，所述H桥包括四个开关管、一个电源电容以及旁路开关，其中，四个所述开关管分为两组开关管组，每组开关管组均包括两个串联连接的开关管，两组所述开关管组并联连接，两组所述开关管组均分别与所述电源电容和所述旁路开关并联连接，所述旁路开关与所述电源电容并联连接，则所述根据所述H桥的预设配置参数构建所述H桥的等效电路模型的步骤具体包括：
[0011]基于所述直流变压器所连接的主网络模块获取桥臂电流和各个开关管的状态信号作为仿真输入量；
[0012]采用电磁暂态方法构建H桥的等效电路模型，其中，所述等效电路模型包括：旁路开关支路、开关管支路和电源电容支路，所述旁路开关支路、所述开关支路和所述电源电容支路分别并联连接，其中，所述旁路开关支路包括流入电流源和旁路开关等效电阻，所述流入电流源和所述旁路开关等效电阻并联连接，所述开关管支路包括四个开关管等效电阻，四个所述开关管等效电阻分为两组开关管等效支路，每组开关管等效支路均包括两个串联连接的开关管等效电阻，两组所述开关管等效支路并联连接，所述电源电容支路包括历史电流源、电容并联电阻和电容支路并联电阻，所述历史电流源与所述电容并联电阻并联连接，所述电容支路并联电阻与所述电容并联电阻并联连接；
[0013]将在一个预设的仿真步长内的电源电容进行归一化，则有：
[0014][0015]式1中，R
c
表示电容并联电阻，C表示电源电容，Δt表示仿真步长；
[0016]将式1进行变换得到电容并联电阻为，
[0017][0018]通过下式3计算历史电流源的电流值为，
[0019][0020]式3中，I
ch
表示历史电流源的电流值，u
c
表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，i
c
表示流过电源电容的电流；
[0021]根据开关管的状态信号对每个开关管进行等效，以确定各个开关管等效电阻的阻值，所述开关管的状态信号包括导通和断开；
[0022]根据所述等效电路模型构建节点电压的导纳矩阵为，
[0023][0024]式4中，R
K
表示旁路开关等效电阻，R1、R2、R3和R4均表示开关管等效电阻，R表示电容
支路并联电阻，u
sm
表示H桥输入电压，u
p
和u
n
分别表示H桥的两端电压，I
ch
表示历史电流源的电流值，表示输入电流源的电流；
[0025]采用所述仿真输入量对所述节点电压的导纳矩阵进行更新。
[0026]优选地，所述变压器包括原边漏感支路、副边漏感支路和互感支路，所述根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型的步骤具体包括：
[0027]将所述副边漏感支路中的电流、电压、电阻和电感归算到所述原边漏感支路中，根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型，所述等效电路模型包括：等效原边漏感支路和等效副边漏感支路；
[0028]所述等效原边漏感支路包括原边绕组子支路、变压器励磁子支路、副边归算到原边漏感支路的绕组子支路、副边归算到原边漏感支路的电压源和副边归算到原边漏感支路的电流源；其中，所述原边绕组子支路包括串联的原边绕组电阻和原边绕组电感，所述变压器励磁子支路包括串联的变压器励磁电阻和变压器励磁电感，所述副边归算到原边漏感支路的绕组子支路包括副边归算到原边漏感支路的绕组电阻和副边归算到原边漏感支路的绕组电感；
[0029]所述原边绕组子支路、所述变压器励磁子支路和所述副边归算到原边漏感支路的绕组子支路连接并交汇于一点，所述变压器励磁子支路分别与所述副边归算到原边漏感支路的电压源和所述副边归算到原边漏感支路的电流源并联连接；
[0030]所述等效副边漏感支路包括副边漏感电流源和副边漏感电压源，所述副边归算到原边漏感支路的电流源与所述副边漏感电流源互感连接；
[0031]其中，所述副边归算到原边漏感支路的电压源满足下式5为，
[0032]V2'＝n
×
V2
ꢀꢀ
式5
[0033]式5中，n表示变压器互感变比，V2'表示副边归算到原边漏感支路的电压源的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流变压器的仿真建模方法，其直流变压器包括两个H桥和一个变压器，两个所述H桥通过所述变压器进行连接，其特征在于，包括以下步骤：根据所述H桥的预设配置参数构建所述H桥的等效电路模型；根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型；将两个所述H桥的等效电路模型通过所述变压器的等效电路模型进行互感连接，得到直流变压器的电路仿真模型。2.根据权利要求1所述的直流变压器的仿真建模方法，其特征在于，所述H桥包括四个开关管、一个电源电容以及旁路开关，其中，四个所述开关管分为两组开关管组，每组开关管组均包括两个串联连接的开关管，两组所述开关管组并联连接，两组所述开关管组均分别与所述电源电容和所述旁路开关并联连接，所述旁路开关与所述电源电容并联连接，则所述根据所述H桥的预设配置参数构建所述H桥的等效电路模型的步骤具体包括：基于所述直流变压器所连接的主网络模块获取桥臂电流和各个开关管的状态信号作为仿真输入量；采用电磁暂态方法构建H桥的等效电路模型，其中，所述等效电路模型包括：旁路开关支路、开关管支路和电源电容支路，所述旁路开关支路、所述开关支路和所述电源电容支路分别并联连接，其中，所述旁路开关支路包括流入电流源和旁路开关等效电阻，所述流入电流源和所述旁路开关等效电阻并联连接，所述开关管支路包括四个开关管等效电阻，四个所述开关管等效电阻分为两组开关管等效支路，每组开关管等效支路均包括两个串联连接的开关管等效电阻，两组所述开关管等效支路并联连接，所述电源电容支路包括历史电流源、电容并联电阻和电容支路并联电阻，所述历史电流源与所述电容并联电阻并联连接，所述电容支路并联电阻与所述电容并联电阻并联连接；将在一个预设的仿真步长内的电源电容进行归一化，则有：式1中，R
c
表示电容并联电阻，C表示电源电容，Δt表示仿真步长；将式1进行变换得到电容并联电阻为，通过下式3计算历史电流源的电流值为，式3中，I
ch
表示历史电流源的电流值，u
c
表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，i
c
表示流过电源电容的电流；根据开关管的状态信号对每个开关管进行等效，以确定各个开关管等效电阻的阻值，所述开关管的状态信号包括导通和断开；根据所述等效电路模型构建节点电压的导纳矩阵为，
式4中，R
K
表示旁路开关等效电阻，R1、R2、R3和R4均表示开关管等效电阻，R表示电容支路并联电阻，u
sm
表示H桥输入电压，u
p
和u
n
分别表示H桥的两端电压，I
ch
表示历史电流源的电流值，表示输入电流源的电流；采用所述仿真输入量对所述节点电压的导纳矩阵进行更新。3.根据权利要求2所述的直流变压器的仿真建模方法，其特征在于，所述变压器包括原边漏感支路、副边漏感支路和互感支路，所述根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型的步骤具体包括：将所述副边漏感支路中的电流、电压、电阻和电感归算到所述原边漏感支路中，根据所述变压器的预设配置参数构建所述变压器的等效电路模型，所述等效电路模型包括：等效原边漏感支路和等效副边漏感支路；所述等效原边漏感支路包括原边绕组子支路、变压器励磁子支路、副边归算到原边漏感支路的绕组子支路、副边归算到原边漏感支路的电压源和副边归算到原边漏感支路的电流源；其中，所述原边绕组子支路包括串联的原边绕组电阻和原边绕组电感，所述变压器励磁子支路包括串联的变压器励磁电阻和变压器励磁电感，所述副边归算到原边漏感支路的绕组子支路包括副边归算到原边漏感支路的绕组电阻和副边归算到原边漏感支路的绕组电感；所述原边绕组子支路、所述变压器励磁子支路和所述副边归算到原边漏感支路的绕组子支路连接并交汇于一点，所述变压器励磁子支路分别与所述副边归算到原边漏感支路的电压源和所述副边归算到原边漏感支路的电流源并联连接；所述等效副边漏感支路包括副边漏感电流源和副边漏感电压源，所述副边归算到原边漏感支路的电流源与所述副边漏感电流源互感连接；其中，所述副边归算到原边漏感支路的电压源满足下式5为，V2'＝n
×
V2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式5式5中，n表示变压器互感变比，V2'表示副边归算到原边漏感支路的电压源的电压值，V2表示副边漏感的电压源的电压值；副边归算到原边漏感支路的电流源满足下式6为，I2＝n
×
I2'
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式6式6中，I2表示副边漏感电流，I2'表示副边归算到原边漏感支路的电流源的电流；副边归算到原边漏感支路的电阻满足下式7为，R2'＝n
×
R2
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式7式7中，R2表示副边绕组电阻，R2'表示副边归算到原边漏感支路的绕组电阻；副边归算到原边漏感支路的电感满足下式8为，
L2'＝n
×
L2
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式8式8中，L2表示副边绕组电感，L2'表示副边归算到原边漏感支路的绕组电感。4.根据权利要求3所述的直流变压器的仿真建模方法，其特征在于，所述将两个所述H桥的等效电路模型通过所述变压器的等效电路模型进行互感连接，得到直流变压器的电路仿真模型的步骤具体包括：将两个所述H桥的等效电路模型通过所述变压器的等效电路模型进行互感连接，得到直流变压器的电路仿真模型，其中，所述直流变压器的电路仿真模型满足下式9为，u
sm
‑
V2＝nX
L
×
I2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式9式9中，X
L
表示H桥和变压器之间的互感连接的电感值。5.根据权利要求1所述的直流变压器的仿真建模方法，其特征在于，还包括：构建多个直流变压器的电路仿真模型，将多个所述直流变压器的电路仿真模型进行串联级联。6.一种直流变压器的仿真...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐雄，陈建福，唐捷，曹安瑛，陈勇，邹国惠，裴星宇，李建标，程旭，刘尧，吴宏远，凌华保，顾延勋，蔡仲启，林桂辉，杨双飞，韦甜柳，龚文明，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：