CN110889193B - 一种直流变压器的平均电路建模方法及系统 - Google Patents

一种直流变压器的平均电路建模方法及系统 Download PDF

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CN110889193B CN201911018703.6A CN201911018703A CN110889193B CN 110889193 B CN110889193 B CN 110889193B CN 201911018703 A CN201911018703 A CN 201911018703A CN 110889193 B CN110889193 B CN 110889193B
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Abstract

本发明公开了一种直流变压器的平均电路建模方法及系统，属于电力电子设备技术领域，包括以双向有源桥(DAB)为代表，分析其在单移相控制方式下的工作模态，由此得出工作周期内电感电流的瞬时表达式，从输入输出侧功率平衡入手，将电路看作一个二端口网络，不再关注电力电子内部特征，计算DAB的周期平均传输功率，利用等效受控电流源代替电路的开关器件，建立DAB的平均电路模型，并基于模块化思想，将平均模型推广至多输入多输出DAB系统。所提出的平均模型能够在时域仿真中保证较高精度的同时，大大提高仿真速度，适用于以DAB为组网设备的系统级仿真建模。

Description

一种直流变压器的平均电路建模方法及系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种直流变压器的平均电路建模方法。
背景技术
三端开关器件模型法分析的是以开关管和二极管为整体的三端口模型。具体方法是：分析该三端口在一个周期内的平均电压以及平均电流的表达式，将所得到的表达式对应的电路结构替换原来的三端口电路结构，得到相应的平均等效电路结构。该种方法较灵活，容易构建和实现。时间平均等效电路模型的原理是基于替代定理将电路中的非线性元件用受控电压源或受控电流源来替代，受控源的数值与周期内电路的电压或者电流有关。该种等效电路可以替代原电路对其进行静态和稳态电路分析，同时该种模型具有通用性以及物理意义明确的特点。
模块化思想主要用于MMC的建模研究中，其有助于提供给集成复杂系统一个通用、灵活的建模解决方案，尤其适合于系统扩展及重构。近年来业界开始致力于基于功率平衡思想的大信号电路模型建模及稳定性，该方法基于电路最基本的两端口网络模型，不再关注电力电子电路内部特征，具有较好的通用性。考虑到直流配网潜在的示范工程及典型应用场景的建设需要，直流变压器作为直流组网系统中的关键设备，需要进行建模研究。如何有效、快速、准确的建立适用于直流组网系统级仿真的平均电路模型，是目前发展直流配网亟待解决的关键技术之一，该类问题已受到广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，以有效、快速、准确的简历适用于直流组网系统级仿真的平均电路模型。
为实现以上目的，采用一种直流变压器的平均电路建模方法，包括如下步骤：
对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
进一步地，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。
进一步地，所述电感的电流瞬时表达式为：
Figure BDA0002246505310000021
其中，UMVDC,i与ULVDC,i为所述DAB电路的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和。
进一步地，所述根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率，包括：
将所述待建模电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感的电流瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率P：
Figure BDA0002246505310000022
其中，Ts为所述DAB电路的工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示所述电感的电流瞬时表达式。
进一步地，所述根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，包括：
基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的原边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000031
所述DAB电路的副边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000032
进一步地，所述根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型，包括：
根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置两个等效受控电流源；
将两个等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
进一步地，在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率为：
Figure BDA0002246505310000033
进一步地，所述多输入输出DAB系统包括输入串联输出并联(ISOP)的多输入输出DAB系统和输入并联输出串联(IPOS)的多输入输出DAB系统。
第二方面，采用一种直流变压器的平均电路建模系统，包括工作模态分析模块、瞬时电流计算模块、第一平均功率计算模块、平均电流计算模块以及平均电路模型构建模块，其中：
工作模态分析模块，用于对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
瞬时电流计算模块，用于根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
第一平均功率计算模块，用于根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
平均电流计算模块，用于根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
平均电路模型构建模块，用于根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
进一步地，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。
进一步地，所述电感的电流瞬时表达式为：
Figure BDA0002246505310000041
其中，UMVDC,i与ULVDC,i分别为所述DAB电路的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为所示直流变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和。
进一步地，所述第一平均功率计算模块具体用于：
将所述待建模电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感的电流瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率P：
Figure BDA0002246505310000042
其中，Ts为所述DAB电路的工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示所述电感的电流瞬时表达式。
进一步地，所述平均电流计算模块包括原边周期平均电流计算单元和副边周期平均电流计算单元；
原边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的原边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000051
副边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的副边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000052
进一步地，所述平均电路模型构建模块包括等效受控电流源设置单元和等效代替单元；
等效受控电流源设置单元用于根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置两个等效受控电流源；
等效代替单元用于将两个等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
进一步地，所述系统还包括第二平均功率计算模块，用于在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率P`为：
Figure BDA0002246505310000053
进一步地，所述多输入输出DAB系统包括输入串联输出并联的多输入输出DAB系统和输入并联输出串联的多输入输出DAB系统。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，，包括与存储设备结合使用的计算机程序指令，所述计算机程序指令用于被处理器执行构建带待建模电路的平均电路模型，执行步骤包括：
对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明利用三端开关器件模型分析法，对DAB电路的工作模态分析，得到工作周期内电感L的电流瞬时表达，然后基于功率平衡思想，建立了直流变压器大信号平均电路模型，最后基于模块化思想将平均模型推广至多输入多输出DAB系统。所提出的平均模型能够在时域仿真中保证较高精度的同时，大大提高仿真速度，适用于以DAB为组网设备的系统级仿真建模；由于该平均电路结构仅对开关器件平均，保留除此以外的全部感、容、阻及电源，因此其与调制及控制方式无关，具有较好的通用性。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种直流变压器的平均电路建模方法的流程示意图；
图2是DAB的拓扑结构图；
图3是DAB在单移相控制方式(SPS)下工作周期内的工作模态；
图4是DAB在SPS控制方式下的理想工作波形；
图5是DAB在SPS控制方式下功率正向传输时的平均电路模型；
图6是MVDC直流配网示范工程潜在场景示意图；
图7是输入串联输出并联(ISOP)多输入输出DAB系统的平均电路模型；
图8是输入并联输出串联(IPOS)多输入输出DAB系统的平均电路模型；
图9是一种直流变压器的平均电路建模系统的结构示意图；
图10是直流变压器大信号模块化平均电路建模的原理示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种直流变压器的平均电路建模方法，包括如下步骤S1至S5：
S1、对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
S2、根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
S3、根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
S4、根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
S5、根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
本实施例中采用三端开关器件模型分析方法分析直流变压器在单移相控制方式(Single-Phase-Shift，SPS)下的工作模态，由此得出工作周期内电感电流的瞬时表达式，从输入输出侧功率平衡入手，将电路看作一个二端口网络，不再关注电力电子内部特征，计算电路的周期平均传输功率，利用等效受控电流源代替电路的开关器件，最终建立电路的平均电路模型。
具体来说，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。本实施例基于模块化建模思想，将平均电路模型推广至多输入多输出系统，建立ISOP、IPOS等串并联结构下DAB系统级平均电路模型。
具体地，图2为双向有源桥(Dual active bridge，DAB)的拓扑结构。图2中，S1-S4与S5-S8分别为变换器原边与副边的全控开关器件，每一开关管均反并联二极管。电感表征直流变压器漏感及副边折算至原边的电感值之和，UMVDC,i与ULVDC,i为DAB的原边输入电压与副边输出电压，两者分别并联有大电容Cin,i与C0,i。其中，i为DAB数量的编号，用于多输入多输出DAB系统平均模型建模。
本实施例中以直流变压器以DAB电路为例，以功率由原边向副边传输为正方向，在SPS方式下分析直流变压器的工作原理，如图3所示，得到了工作周期内的6种工作模态，原副边均为全桥结构，各上下桥臂均为180度开通，其中：
模态一，如图3-(a)所示，时间t0-t1内：原边开关管S1与S4开通，电感电流经原边向变压器流动。副边由于开关管S6与S7关断，因此副边电流经S5和S8的反并联二极管续流。
模态二，如图3-(b)所示，时间t1-t’1内：原边开关管S1与S4根据指令关断，此时由于电感两端电流无法突变，因此原边电流经S2和S3的反并联二极管续流，并线性减小。副边工作模态与上阶段相同。
模态三，如图3-(c)所示，时间t’1-t2内：当电感电流减小至零时，电流反向，此时原边开关管S2与S3以及副边开关管S5与S8开通。
模态四，如图3-(d)所示，时间t2-t3内：副边开关管S5与S8根据指令关断，类似地，副边电流将通过S6与S7的反并联二极管续流。此时电感电流将由变压器向桥臂流动，原边其余工作模态不变。
模态五，如图3-(e)所示，时间t3-t’3内：原边开关管S2与S3在t3时刻关断，由于此时电流流向已经改变，因此电感电流将从最小值线性正常。此时副边的工作模态不变。
模态六，如图3-(f)所示，时间t’3-t4内：一旦电感电流上升至零，电流流向将再次反向，继续向正方向线性增长。此时原边开关管S1与S4与副边开关管S6与S7开通。
具体地，根据上述直流变压器的六种工作模态，分析待建模电路的理想工作波形，如图4所示，为DAB在SPS控制方式下的理想工作波形图。图4中，uAB为DAB原边桥臂输出电压，uCD为DAB副边桥臂输入电压，uL、iL为电感L两端电压和电流，iin,bridge、i0,bridge分别为原边桥臂输入电流及副边桥臂输出电流。
基于对工作模态的研究，进一步分析DAB的理想工作波形，并总结了开关S1与S5的工作状态以及各模态下电感L两端的电压，如下表1所示：
表1不同模态下电感L两端电压
Figure BDA0002246505310000091
并计算得到工作周期内电感的电流瞬时表达式如下：
Figure BDA0002246505310000092
式中，UMVDC,i与ULVDC,i为DAB的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和。各时刻的具体物理意义参见图4。
进一步地，上述步骤S3：根据电感电流的瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率，具体包括：
将DAB电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感L的电流的瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率：
Figure BDA0002246505310000101
其中，Ts为DAB工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示为上述电感电流瞬时表达式。
进一步地，根据上述平均功率表达式，基于输入输出侧功率平衡的条件，计算DAB电路原边的周期平均电流和副边周期平均电流，其原边的周期平均电流表达式为：
Figure BDA0002246505310000102
副边的周期平均电流表达式为：
Figure BDA0002246505310000103
具体地，上述步骤S5：根据周期内原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型，包括步骤S51至S52：
S51、根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置与原边周期平均电流对应的第一等效受控电流源和与副边周期平均电流对应的第二等效受控电流源；
S52、将第一等效受控电流源和第二等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
具体地，得到的在SPS控制方式下DAB的平均电路模型如图5所示，该平均电路结构仅对开关器件平均，保留除此以外的全部感、容、阻及电源，因此其与调制及控制方式无关，具有较好的通用性；且构建的平均电路模型能在时域仿真中保证较高精度的同时，大大提高仿真速度，因此适用于含直流变压器的系统级仿真模型。
进一步地，本实施例中的建模方法不仅能建立功率正向流动时的DAB平均电路模型，其同样适用于功率反向流动时平均电路的建模。当功率流向改变时，仅占空比d的取值范围发生变化，其建模方法不变，类比上述建模过程，可得功率反向流动时周期平均功率的表达式，并以此建立功率反向时的DAB平均模型。在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率为：
Figure BDA0002246505310000111
图6为(modular multilevel converters medium voltage direct current，MMC-MVDC)直流配电网示范工程潜在场景示意图。与传统交流配网不同的是，在直流配网中，直流母线将与分布式能源、负荷、储能装置等直接相连，DAB作为一种典型的适用于大功率高电压等级场合的直流变压器，是直流母线与负载/分布式能源之间的良好接口。但直流母线侧的高电压等级以及负载/分布式能源侧的高功率要求使得单机DAB无法直接应用在直流配网中。因此，需将上述单机DAB平均电路模型推广至多输入多输出系统。
具体地，上述的基于模块化建模思想，将平均电路模型推广至多输入多输出系统，建立ISOP、IPOS等串并联结构下DAB系统级平均模型，包括ISOP DAB系统及IPOS DAB系统两部分：
如图7所示，针对潜在直流配用电应用场景中直流母线直接供电直流型负荷等场合，将DAB平均模型建模过程推广至多输入多输出系统，建立输入串联输出并联(ISOP)的多输入多输出DAB系统平均模型，输入串联以提高原边电压等级，输出并联以提高副边电流从而提升传输功率，以此满足负载/分布式能源侧的高功率传输要求。
如图8所示，针对潜在直流配用电应用场景中光伏等直流型分布式能源集中并入直流电网等场合，将DAB平均模型建模过程推广至多输入多输出系统，建立输入并联输出串联(IPOS)的多输入多输出DAB系统平均模型，输入并联以提高原边输入电流从而提升输入功率，输出串联以提高副边输出电压等级，以此匹配直流母线侧的高电压等级。
需要说明的是，本实施例基于模块化思想，将该模型推广至多输入多输出系统，建立输入串联输出并联(ISOP)及输入并联输出串联(IPOS)的多输入多输出DAB系统平均模型，以进一步提升所建模型适用的功率和电压等级。将DAB平均电路模型推广至多输入多输出系统的平均模型，能有效应用在直流电网潜在示范工程典型应用场景中，输入串联输出并联(ISOP)的DAB系统能有效应用于直流母线直接供电直流型负荷等场景，输入并联输出串联(IPOS)的DAB系统能有效应用于光伏等直流型分布式能源集中并入直流电网等场景。
如图9-10所示，本实施例公开了一种直流变压器的平均电路建模系统，包括工作模态分析模块10、瞬时电流计算模块20、第一平均功率计算模块30、平均电流计算模块40以及平均电路模型构建模块50，其中：
工作模态分析模块10，用于对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
瞬时电流计算模块20，用于根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
第一平均功率计算模块30，用于根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
平均电流计算模块40，用于根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
平均电路模型构建模块50，用于根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
具体来说，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。本实施例基于模块化建模思想，将平均电路模型推广至多输入多输出系统，建立ISOP、IPOS等串并联结构下DAB系统级平均电路模型。
具体来说，所述电感的电流瞬时表达式为：
Figure BDA0002246505310000131
其中，UMVDC,i与ULVDC,i分别为所述DAB电路的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为所示直流变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和。
具体地，第一平均功率计算模块30具体用于：
将所述待建模电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感的电流瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率P：
Figure BDA0002246505310000132
其中，Ts为所述DAB电路的工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示所述电感的电流瞬时表达式。
具体地，所述平均电流计算模块40包括原边周期平均电流计算单元和副边周期平均电流计算单元；
原边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的原边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000141
副边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的副边周期平均电流为：
Figure BDA0002246505310000142
具体地，所述平均电路模型构建模块50包括等效受控电流源设置单元和等效代替单元；
等效受控电流源设置单元用于根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置两个等效受控电流源；
等效代替单元用于将两个等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
需要说明的是，以直流变压器以DAB电路为例，所构建的平均电路模型中利用将第一等效受控电流源和第二等效受控电流源分别代替DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型，其中第一等效受控电流源根据DAB电路的原边周期平均电流等效设置，第二等效受控电流源根据DAB电路的副边周期平均电流等效设置。
所述系统还包括第二平均功率计算模块，用于在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率P`为：
Figure BDA0002246505310000143
需要说明的是，当功率流向改变时，其分析方法不变，仅占空比d的取值范围发生变化。因此，类比上述建模过程，可得功率反向流动时周期平均功率的表达式，并以此建立功率反向时的DAB平均模型。
另外，本实施例还公开了一种计算机可读存储介质，包括与存储设备结合使用的计算机程序指令，所述计算机程序指令用于被处理器执行构建带待建模电路的平均电路模型，执行包括如下步骤：
对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统，所述多输入输出DAB系统包括输入串联输出并联的多输入输出DAB系统和输入并联输出串联的多输入输出DAB系统。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，包括：
对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型；
所述电感的电流瞬时表达式为：
Figure FDA0004028933800000011
其中，UMVDC,i与ULVDC,i分别为所述DAB电路的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为所示直流变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和；
所述根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率，包括：
将所述待建模电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感的电流瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率P：
Figure FDA0004028933800000012
其中，Ts为所述DAB电路的工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示所述电感的电流瞬时表达式。
2.如权利要求1所述的直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。
3.如权利要求1所述的直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，所述根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，包括：
基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的原边周期平均电流为：
Figure FDA0004028933800000021
所述DAB电路的副边周期平均电流为：
Figure FDA0004028933800000022
4.如权利要求3所述的直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，所述根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型，包括：
根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置两个等效受控电流源；
将两个等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
5.如权利要求4所述的直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率P`为：
Figure FDA0004028933800000023
6.如权利要求2所述的直流变压器的平均电路建模方法，其特征在于，所述多输入输出DAB系统包括输入串联输出并联的多输入输出DAB系统和输入并联输出串联的多输入输出DAB系统。
7.一种直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，包括工作模态分析模块、瞬时电流计算模块、第一平均功率计算模块、平均电流计算模块以及平均电路模型构建模块，其中：
工作模态分析模块，用于对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
瞬时电流计算模块，用于根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
第一平均功率计算模块，用于根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
平均电流计算模块，用于根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
平均电路模型构建模块，用于根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型；
其中，所述电感的电流瞬时表达式为：
Figure FDA0004028933800000031
其中，UMVDC,i与ULVDC,i分别为所述DAB电路的原边输入电压与副边输出电压，n为变压器变比，iL(tj)为在tj时刻电感电流的瞬时值，其中j＝0,1,2,3,4，L为所示直流变压器漏感及其副边折算至原边的电感值之和；
所述第一平均功率计算模块具体用于：
将所述待建模电路作为一个二端口网络，并以所述t0时刻为基准时刻，根据电感的电流瞬时表达式，计算所述工作周期内的平均功率P：
Figure FDA0004028933800000041
其中，Ts为所述DAB电路的工作周期，d为占空比，fs为工作频率，fs＝1/Ts，uAB为DAB原边桥臂输出电压，iL(t)表示所述电感的电流瞬时表达式。
8.如权利要求7所述的直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，所述待建模电路包括DAB电路和多输入输出DAB系统。
9.如权利要求8所述的直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，所述平均电流计算模块包括原边周期平均电流计算单元和副边周期平均电流计算单元；
原边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的原边周期平均电流为：
Figure FDA0004028933800000042
副边周期平均电流计算单元用于基于输入输出侧功率平衡的条件，根据所述平均功率，计算所述DAB电路的副边周期平均电流为：
Figure FDA0004028933800000043
10.如权利要求9所述的直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，所述平均电路模型构建模块包括等效受控电流源设置单元和等效代替单元；
等效受控电流源设置单元用于根据所述DAB电路的原边周期平均电流和所述DAB电路的副边周期平均电流，分别设置两个等效受控电流源；
等效代替单元用于将两个等效受控电流源分别代替所述DAB电路的原边和副边的开关管，得到所述待建模电路的平均电路模型。
11.如权利要求10所述的直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，所述系统还包括第二平均功率计算模块，用于在所述DAB电路的功率反向流动时，所述DAB电路在工作周期内的平均功率P`为：
Figure FDA0004028933800000051
12.如权利要求10所述的直流变压器的平均电路建模系统，其特征在于，所述多输入输出DAB系统包括输入串联输出并联的多输入输出DAB系统和输入并联输出串联的多输入输出DAB系统。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括与存储设备结合使用的计算机程序指令，所述计算机程序指令用于被处理器执行构建带待建模电路的平均电路模型，执行权利1-6任意一项所述的方法步骤，包括：
对待建模电路中的直流变压器，以功率由原边向副边传输为正方向，基于三端开关器件模型分析方法分析所述直流变压器的工作模态；
根据所述直流变压器的工作模态，分析所述待建模电路的理想工作波形，以得出在工作周期内所述待建模电路中电感的电流瞬时表达式；
根据电感的电流瞬时表达式，计算所述待建模电路在所述工作周期内的平均功率；
根据所述平均功率，计算所述工作周期内所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流；
根据所述待建模电路原边的平均电流和副边的平均电流，得到所述待建模电路的平均电路模型。
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