CN111931443A - 一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法(electromagnetic transient equivalent modeling method of single active bridge converter)，主要针对输入并联输出串联(input parallel output series,IPOS)型单有源桥(single active bridge，SAB)变换器进行基于电流过零点预计算的等效建模。本发明的核心技术方案是：1、根据SAB工作原理，对SAB工作模式进行分类。2、分析各模式下SAB单元电感电流波形特征，计算电感的电流过零点，实现对其等效处理，同时确定不同工作模式区分条件。3、将IGBT开关组等效为二值电阻，并对储能元件进行离散化处理，利用Ward等值方法，建立IPOS型SAB变换器的等效电路。

Description

一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法
技术领域
本发明涉及一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法，属于电力系统仿真技术领域。
背景技术
单相双有源桥(single active bridge，SAB)变换器作为海上风电场和光伏电站等直流电源并网的常用拓扑之一，具有单向功率传输、拓扑简单等优点，受到广泛关注。但受限于系统多节点数与高频特征，以及不控整流桥的复杂性，针对输入并联输出串联(input parallel output series,IPOS)型SAB变换器的电磁暂态仿真效率较低。目前，已有针对ISOP型DAB变换器的等效建模方法[参见文献：高晨祥,丁江萍,许建中,赵成勇.输入串联输出并联型DAB变换器等效建模方法[J/OL].中国电机工程学报:1-11]，但由于SAB区别于DAB的不控整流桥，该方法并不能直接用于SAB的等效建模。
本发明针对IPOS型SAB变换器区别于DAB的不控整流桥，提出一种基于电流过零点预计算的单有源桥变换器电磁暂态等效建模方法。所提出的建模方法本质上是通过对SAB不同模式下电流波形特征分析，基于预计算所得电感电流过零点，将不控整流桥的二极管转化为状态可控的二值电阻模型，在此基础上，类比ISOP型DAB变换器等效建模过程，实现IPOS型SAB变换器的等效。
发明内容
本发明提供一种单有源桥变换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：分析SAB单元工作原理，对SAB工作模式进行分类。
步骤2：通过对不同工作模式下SAB单元电流流通路径进行分析，计算每个阶段电流波形表达式。在此基础上，确定不同工作模式区分条件。然后，计算电感电流过零点(也即二极管电流过零点)，实现对二极管开关状态的预判断，将其等效为二值电阻。
步骤3：将SAB单元中IGBT开关组等效为二值电阻，并利用梯形积分法对电容、变压器等储能元件进行离散化处理，建立SAB变换器伴随电路，并利用Ward等值方法，得到IPOS型SAB变换器的等效电路。
附图说明
图1为IPOS型SAB变换器拓扑图。
图2为SAB单元触发信号图。
图3为SAB不同工作模式图。
图4为SAB不同工作模式电流流通路径图。
图5为基于电流过零点预计算的不控整流桥等效过程图(摘要附图)。
图6为SAB伴随电路图。
图7为SAB单元等效电路图。
图8为IPOS型SAB变换器等效电路图。
具体实施方式
本发明提供一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法；下面将对本发明的建模步骤做进一步详细的说明。
步骤1：IPOS型SAB变换器的拓扑如图1所示，其中P表示并联侧，S表示串联侧。采用脉冲宽度调制(PWM)控制策略，设置T1占空比为dP，各IGBT触发信号及并联侧全控整流桥交流电压波形如图2所示。
随着dP的变化，SAB变换器有两种工作模式，分别为连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)，如图3所示，其中iP为流过电感的电流。这两种工作模式有明显区别：CCM模式电感电流连续，DCM模式电感电流有断续情况。
步骤2：由于在一个周期内，电感电流波形呈现对称特征，因此，这里分别选取两种模式的半周期进行分析。首先对于CCM模式，取t2～t5时间段进行分析，此时iP＞0，变压器原边电压恒为N·vS。
在t2～t3时间内，触发T1和T4，此时电容经T1和T4向电感充电，电流路径如图4(a)所示，电感储能增加，电流表达式为：
Figure BDA0002560094850000031
在t3～t4时间内，触发T2和T4，此时电流经D2和T4构成回流，路径如图4(b)所示，电感储能减小，电流表达式为：
Figure BDA0002560094850000032
在t4～t5时间内，触发T2和T3，此时电感经D2和D3向电容放电，路径如图4(c)所示，电感储能减小，电流表达式为：
Figure BDA0002560094850000033
图2可知，在一个周期内t1和t4可以提前知道，分别为T1和T3触发脉冲的上升沿。因此，可求图3(a)所示电感电流过零点t2和t5表达式如下：
Figure BDA0002560094850000034
所以可以将二极管D5～D8用二值电阻等效：t2～t5，D5和D8为RON，D6和D7为ROFF；t5～t8时间段则反之。
同理，可求如图3(b)所示DCM模式下t1～t4时间内各区间电流表达式为：
Figure BDA0002560094850000035
因此，电流过零点t3和t6表达式如下：
Figure BDA0002560094850000036
将二极管D5～D8用二值电阻等效：t1～t3，D5和D8为RON，D6和D7为ROFF；t3～t4所有二极管均为ROFF；t4～t6二极管状态与t1～t3时间段内相反。
由于两种模式电感电流过零点表达式不同，因此还需要进行模式识别。由图3可知，两种模式的边界条件为：对于CCM模式t5-t4＝0，对于DCM模式t4-t3＝0，解得临界占空比为：
Figure BDA0002560094850000041
当dP＞dP_lim时，SAB工作于CCM模式，当dP＜dP_lim时，工作于DCM模式。
综上，可以将SAB变换器的不控整流桥通过电流预计算等效为有虚拟触发的二值电阻等效电路，如图5所示。
步骤3：将SAB单元中IGBT开关组等效为二值电阻，并利用梯形积分法对电容、电感、变压器等储能元件进行离散化处理，结和步骤2所得二极管的二值电阻模型，建立SAB单元伴随电路如图6所示。
利用DAB变换器的等效建模方法[参见文献：高晨祥,丁江萍,许建中,赵成勇.输入串联输出并联型DAB变换器等效建模方法[J/OL].中国电机工程学报:1-11]，可建立单个SAB单元等效电路如图7所示。
在此基础上，通过级联可得IPOS型SAB变换器等效电路如图8所示，其中：
Figure BDA0002560094850000042
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)

1.一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法。其特征在于，本发明通过对SAB不同工作模式下电感电流波形进行分析，预先计算得到电感电流过零点，将二极管等效为可控的二值电阻模型，进而建立IPOS型SAB变换器的等效模型。该方法包括以下步骤：
步骤1：分析SAB单元工作原理，对SAB工作模式进行分类。
步骤2：通过对不同工作模式下SAB单元电流流通路径进行分析，计算各阶段电感电流波形表达式以及电流过零点，实现对其等效处理。同时，对比不同工作模式，确定区分条件。
步骤3：将SAB单元中IGBT开关组等效为二值电阻，并对储能元件进行离散化处理，建立SAB变换器伴随电路，并利用Ward等值方法，得到IPOS型SAB变换器的等效电路。
2.根据权利要求1所述的一种单有源桥变换器的电磁暂态等效建模方法，其特征在于，步骤1到步骤3，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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769339A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 电子科技大学 一种串并联双有源桥式变换器及调制方法
CN113158614A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 华北电力大学 一种双源桥变换器电磁暂态仿真算法的稳定性分析方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105631088A (zh) * 2015-11-16 2016-06-01 华北电力大学 一种电磁暂态仿真软件中模块化多电平换流器临界仿真步长的计算方法
US20170242946A1 (en) * 2016-02-18 2017-08-24 International Business Machines Corporation Single-ended-mode to mixed-mode transformer spice circuit model for high-speed system signal integrity simulations

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105631088A (zh) * 2015-11-16 2016-06-01 华北电力大学 一种电磁暂态仿真软件中模块化多电平换流器临界仿真步长的计算方法
US20170242946A1 (en) * 2016-02-18 2017-08-24 International Business Machines Corporation Single-ended-mode to mixed-mode transformer spice circuit model for high-speed system signal integrity simulations

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANZHONG XU, ET AL.: "Unified High-Speed EMT Equivalent and Implementation Method of MMCs With Single-Port Submodules", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》 *
许建中等: "多类型子模块MMC电磁暂态通用建模和实现方法", 《电网技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769339A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 电子科技大学 一种串并联双有源桥式变换器及调制方法
CN112769339B (zh) * 2021-01-11 2022-04-05 电子科技大学 一种串并联双有源桥式变换器及调制方法
CN113158614A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 华北电力大学 一种双源桥变换器电磁暂态仿真算法的稳定性分析方法

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