CN110472265A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110472265A CN110472265A CN201910547529.8A CN201910547529A CN110472265A CN 110472265 A CN110472265 A CN 110472265A CN 201910547529 A CN201910547529 A CN 201910547529A CN 110472265 A CN110472265 A CN 110472265A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equivalent
- transformer
- electric power
- node
- cascade connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 235000010650 Hyssopus officinalis Nutrition 0.000 title claims description 6
- 240000001812 Hyssopus officinalis Species 0.000 title claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 5
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
图2为H桥-DAB基本单元的伴随网络。
图3为一相电力电子变压器的等效电路及在系统中的接口位置示意图。
具体实施方式
本发明提供一种具有输入串联输出并联(Input series output parallel,ISOP)含双有源桥(Dual active bridge,DAB)的拓扑结构的电磁暂态等效建模方法。
附图1为采用H桥-DAB拓扑的级联型电力电子变压器，H桥用于交-直环节，双有源桥变换器(DAB)用于直-直环节，小框内为单个H桥-DAB基本单元的详细拓扑。S1～S4表示H桥的4个开关组，S5～S12表示DAB的8个开关组，k表示DAB中高频变压器的变比。C1表示H桥和DAB共用的稳压电容，C2表示直流出口处的稳压电容。下面将以级联型电力电子变压器为例，结合附图对本发明的建模步骤做进一步详细的说明。
步骤1：附图2为H桥-DAB基本单元的伴随网络。其中IGBT及其反并联的二极管元件用一个在高、低阻值间切换的二值开关电阻代替，如公式(1)所示；
采用梯形积分法，将电感元件离散化并等效为一个电导并联一个历史电流源的形式，如式(2)所示；
其中，
采用梯形积分法，将电容元件离散化并等效为一个电导并联一个历史电流源的形式，如式(3)所示；
其中，
高频变压器原/副边绕组通过磁耦合传输电能，对其伴随网络模型的设计有多种方法，本发明采用附图3中左侧的④、⑤节点和右侧的①、②节点之间的二端口电路表示，将耦合关系用与对侧电路信息相关的等效电流源来表征，具体推导过程如下：
(1)根据变压器额定容量S，一次绕组/二次绕组额定电压U1:U2，基频fbase，漏抗的标幺值XL以及励磁电流标幺值I0。计算得到变压器的漏感、励磁电感参数：
(2)采用梯形积分法对一、二次侧电流做积分，得到变压器的电压电流关系。
其中，
其中，
(3)将Y阵化为对角阵，得到对角元素和等效历史电流源的取值。
i1＝Y11V1+Y12V2+J1＝V1×GT1+JT1_his
i2＝Y21V1+Y22V2+J2＝V2×GT2+JT2_his
其中，
步骤2：对附图2所示的伴随电路列写节点导纳方程。附图2中的G1～G12表示开关组S1～S12在伴随网络中等效的二值开关电阻，GC1～GC2和JC1_his～JC2_his分别为C1(C2)的对外等效电导和等效历史电流源，GT1～GT2和JT1_his～JT2_his分别为变压器原/副边绕组对外等效电导和等效历史电流源，GL和JL_his分别为连接电感L的对外等效电导和等效历史电流源。
端口外的网络根据替代定理等效为外部电流源。区分基本单元内部和外部电流源的节点导纳方程为：
左侧网络和右侧网络分别展开为式(9)和式(10)。
对式(8)进行处理，消去内部节点电压VIN，得到关于外部节点(1～2)节点的等效电压方程式如式(11)所示：
GEXVEX＝JSIEX (11)
其中为端口对外等效导纳阵，为端口等效历史电流源。由此，形成了只包含一个H桥-DAB模块的外部端口待求量的节点导纳矩阵，完成了一个基本单元的等效化简。同时，内部节点电压可通过式(12)反解，需要保存Y22，Y21两个矩阵的值。
步骤3：附图3为一相电力电子变压器的等效电路及在系统中的接口位置示意图。UH_EQ和RH_EQ分别为级联型电力电子变压器一次侧的对外等效电压源和等效电阻，JL_EQ和GL_EQ分别为二次侧的对外等效电流源和等效电导，由式(13)求得。式中的上标i表示第i个基本单元。同时，保存和的信息，以便进行步骤5中模块间的反解。
步骤4：推广到交流三相系统各相交流出口所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列向量的基础上，可以利用式(14)、式(15)迅速反解出左侧、右侧被消去的基本单元上的节点电压和电流。
接着，根据步骤2中保留的内部节点导纳信息，利用式(12)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。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (2)
1.一种ISOP型级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法。其特征在于，本发明基于嵌套快速求解算法将含双有源桥和H桥的基本单元的内部节点等效消去，再基于串联电流约束和并联电压约束消去模块间的内部等效节点，将整个电力电子变压器等效为一个双端口等效电路。该方法包括以下步骤：
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。
2.根据权利要求1所述的一种ISOP型级联型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法，其特征在于，步骤1到步骤5，前一个步骤是后一个步骤执行的基础，这3个建模步骤彼此之间环环相扣、顺序执行，为一个有机的、不可分割的整体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910547529.8A CN110472265A (zh) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910547529.8A CN110472265A (zh) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110472265A true CN110472265A (zh) | 2019-11-19 |
Family
ID=68506994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910547529.8A Pending CN110472265A (zh) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110472265A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112052639A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 华北电力大学 | 一种电力电子变压器高速电磁暂态仿真分层建模方法 |
| CN112052597A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 华北电力大学 | 一种多有源桥型变换器的电磁暂态等效建模方法 |
| CN112131716A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-25 | 南京航空航天大学 | 一种用于电力电子化电力系统的随机电磁暂态分析方法及系统 |
| CN112861298A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-05-28 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 多变流器集中并网系统仿真方法及相关装置 |
| CN112861300A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-05-28 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 多变流器分散并网系统仿真方法及相关装置 |
| CN113190993A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-30 | 中国科学院电工研究所 | 高压大功率储能变流器电磁暂态快速仿真建模方法及系统 |
| CN113268948A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-08-17 | 华北电力大学 | 一种双有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法 |
| CN113435150A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-24 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法 |
| CN113723032A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统 |
| CN114186400A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-15 | 华北电力大学 | 基于h桥型定导纳单元的电力电子变压器等效建模方法 |
| CN117556641A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 四川大学 | 基于Boost-全桥变流器解耦的恒定等效电导电磁暂态建模方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105868513A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 基于暂态计算网络等效的电磁暂态仿真新增模型开发方法 |
| CN106787861A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 华北电力大学 | 模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑 |
| CN107944178A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种模块化dc/dc变换器的仿真提速模型 |
| CN107944081A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-20 | 华北电力大学 | 一种短路收缩双端口子模块mmc通用等效建模方法 |
| CN108133095A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-08 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种双半桥子模块mmc建模仿真方法及装置 |
-
2019
- 2019-06-24 CN CN201910547529.8A patent/CN110472265A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105868513A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 基于暂态计算网络等效的电磁暂态仿真新增模型开发方法 |
| CN106787861A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 华北电力大学 | 模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑 |
| CN107944081A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-20 | 华北电力大学 | 一种短路收缩双端口子模块mmc通用等效建模方法 |
| CN107944178A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种模块化dc/dc变换器的仿真提速模型 |
| CN108133095A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-08 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种双半桥子模块mmc建模仿真方法及装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵禹辰等: "单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法", 《中国电机工程学报》, pages 4658 - 4667 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112861298A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-05-28 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 多变流器集中并网系统仿真方法及相关装置 |
| CN112861300A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-05-28 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 多变流器分散并网系统仿真方法及相关装置 |
| CN112861300B (zh) * | 2019-11-27 | 2024-02-02 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 多变流器分散并网系统仿真方法及相关装置 |
| CN112131716A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-25 | 南京航空航天大学 | 一种用于电力电子化电力系统的随机电磁暂态分析方法及系统 |
| CN112052639A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 华北电力大学 | 一种电力电子变压器高速电磁暂态仿真分层建模方法 |
| CN112052597A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 华北电力大学 | 一种多有源桥型变换器的电磁暂态等效建模方法 |
| CN113268948A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-08-17 | 华北电力大学 | 一种双有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法 |
| CN113190993B (zh) * | 2021-04-27 | 2023-07-18 | 中国科学院电工研究所 | 高压大功率储能变流器电磁暂态快速仿真建模方法及系统 |
| CN113190993A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-30 | 中国科学院电工研究所 | 高压大功率储能变流器电磁暂态快速仿真建模方法及系统 |
| CN113435150A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-24 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法 |
| CN113723032A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统 |
| CN113723032B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-08-15 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统 |
| CN114186400A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-15 | 华北电力大学 | 基于h桥型定导纳单元的电力电子变压器等效建模方法 |
| CN117556641A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 四川大学 | 基于Boost-全桥变流器解耦的恒定等效电导电磁暂态建模方法 |
| CN117556641B (zh) * | 2024-01-11 | 2024-03-26 | 四川大学 | 基于Boost-全桥变流器解耦的恒定等效电导电磁暂态建模方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110472265A (zh) | 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 | |
| CN106021682B (zh) | 基于阻抗网络模型的次同步振荡分析方法和装置 | |
| CN110108921A (zh) | 考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统 | |
| CN105117543B (zh) | 一种考虑多种闭锁模态的基于全桥子模块mmc的等效仿真方法 | |
| CN109256970B (zh) | Mmc-mtdc输电系统单极接地故障电流计算方法 | |
| CN108923396B (zh) | 一种多端柔性直流电网的短路电流快速计算方法 | |
| CN107944081A (zh) | 一种短路收缩双端口子模块mmc通用等效建模方法 | |
| CN112052597A (zh) | 一种多有源桥型变换器的电磁暂态等效建模方法 | |
| CN106159955A (zh) | 基于连续惩罚对偶分解的电力系统分布式最优潮流方法 | |
| CN107346887A (zh) | 基于电力电子变压器的中压三端口柔性多状态开关拓扑 | |
| Kocar et al. | General and simplified computation of fault flow and contribution of distributed sources in unbalanced distribution networks | |
| CN110569558B (zh) | 适用于微电网实时仿真的混合电磁暂态仿真方法 | |
| CN110427635A (zh) | Lcc-hvdc优化电磁暂态仿真方法 | |
| CN111669029A (zh) | 一种电力电子变压器系统故障重构方法 | |
| CN110968973B (zh) | 变压器模型的仿真方法、控制方法、电子设备及存储介质 | |
| CN113158617B (zh) | 电压源型换流器电磁暂态仿真通用解耦方法与系统 | |
| CN113270868B (zh) | 用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法 | |
| CN115762996A (zh) | 一种基于立体心式多绕组变压器的混合式电能路由器 | |
| CN114996939A (zh) | 一种双有源桥变换器的仿真方法和系统 | |
| CN108281967A (zh) | 一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法 | |
| CN107622143A (zh) | 一种多端口mmc的递归式电磁暂态等效建模方法 | |
| CN107944082A (zh) | 一种单端口子模块mmc电磁暂态通用等效建模方法 | |
| CN107800137A (zh) | 一种基于mmc的upfc机电暂态仿真方法 | |
| CN105610167B (zh) | 交流电网用电能路由器 | |
| CN109711089B (zh) | 四端口电能路由器简化建模仿真方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |