一种直流变压器的仿真建模方法及系统与流程

1.本发明涉及变压器仿真技术领域，尤其涉及一种直流变压器的仿真建模方法及系统。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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-active-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。


技术实现要素：

5.本发明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。
6.有鉴于此，本发明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：
7.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；
8.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；
9.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。
10.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：
11.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；
12.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；
13.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，rc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，uc表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，ic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，rk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un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压值，v2表示副边漏感的电压源的电压值；
[0034]
副边归算到原边漏感支路的电流源满足下式6为，
[0035]
i2＝n
×
i2'
ꢀꢀ
式6
[0036]
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；
[0037]
副边归算到原边漏感支路的电阻满足下式7为，
[0038]
r2'＝n
×
r2
ꢀꢀ
式7
[0039]
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；
[0040]
副边归算到原边漏感支路的电感满足下式8为，
[0041]
l2'＝n
×
l2
ꢀꢀ
式8
[0042]
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。
[0043]
优选地，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：
[0044]
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，
[0045]usm-v2＝nx
l
×
i2
ꢀꢀ
式9
[0046]
式9中，x
l
表示h桥和变压器之间的互感连接的电感值。
[0047]
优选地，本方法还包括：
[0048]
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。
[0049]
第二方面，本发明还提供了一种直流变压器的仿真建模系统，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，其系统包括：
[0050]
h桥等效构建模块，用于根据所述h桥的预设配置参数构建所述h桥的等效电路模型；
[0051]
变压器等效构建模块，用于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；
[0052]
仿真模块，用于将两个所述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。
[0053]
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；
[0054]
所述h桥等效构建模块具体包括：
[0055]
获取模块，用于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；
[0056]
暂态构建模块，用于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；
[0057]
归一化模块，用于将在一个预设的仿真步长内的电源电容进行归一化，则有：
[0058][0059]
式1中，rc表示电容并联电阻，c表示电源电容，δt表示仿真步长；
[0060]
变换模块，用于将式1进行变换得到电容并联电阻为，
[0061][0062]
计算模块，用于通过下式3计算历史电流源的电流值为，
[0063][0064]
式3中，i
ch
表示历史电流源的电流值，uc表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，ic表示流过电源电容的电流；
[0065]
开关管等效模块，用于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；
[0066]
导纳模块，用于根据所述等效电路模型构建节点电压的导纳矩阵为，
[0067][0068]
式4中，rk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un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；
[0069]
更新模块，用于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。
[0070]
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，所述变压器等效构建模块具体包括：
[0071]
变压器等效模块，用于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；
[0072]
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；
[0073]
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；
[0074]
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；
[0075]
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，
[0076]
v2'＝n
×
v2
ꢀꢀ
式5
[0077]
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；
[0078]
副边归算到原边漏感支路的电流源满足下式6为，
[0079]
i2＝n
×
i2'
ꢀꢀ
式6
[0080]
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；
[0081]
副边归算到原边漏感支路的电阻满足下式7为，
[0082]
r2'＝n
×
r2
ꢀꢀ
式7
[0083]
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；
[0084]
副边归算到原边漏感支路的电感满足下式8为，
[0085]
l2'＝n
×
l2
ꢀꢀ
式8
[0086]
式8中，l2表示副边绕组电感，ll2'表示副边归算到原边漏感支路的绕组电感。
[0087]
优选地，所述仿真模块具体用于，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，
[0088]usm-v2＝nx
l
×
i2
ꢀꢀ
式9
[0089]
式9中，x
l
表示h桥和变压器之间的互感连接的电感值。
[0090]
优选地，本系统还包括：
[0091]
级联模块，用于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。
[0092]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0093]
本发明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。
附图说明
[0094]
图1为直流变压器的结构示意图；
[0095]
图2为本发明实施例提供的一种直流变压器的仿真建模方法的流程图；
[0096]
图3为本发明实施例提供的h桥的等效电路模型的示意图；
[0097]
图4为本发明实施例提供的变压器的等效电路模型的示意图；
[0098]
图5为多电压等级直流变压器的结构示意图；
[0099]
图6为本发明实施例提供的一种直流变压器的仿真建模系统的结构示意图。
具体实施方式
[0100]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0101]
目前主流的直流变压器主流核心拓扑结构采用如图1所示的dab结构，即双主动全桥(dual-active-bridge,dab)变换器，该变换器主要由两个h桥和高频变压器组成，两个h桥通过变压器进行连接，图1中，v
p
、vs分别为变压器的原边电压和副边电压，i
l
为变压器原边电流；高频变压器电压变比为n:1，lk为变压器漏感；s
1p
、s
2p
、s
3p
、s
4p
为变压器一次侧的四个开关管，s
1s
、s
2s
、s
3s
、s
4s
为变压器二次侧的四个开关管，每一个开关管都是占空比为50％的pwm信号。其中，变压器一次侧的开关管s
1p
、s
4p
和变压器二次侧的开关管s
1s
、s
4s
同时导通，每个桥臂交替导通。
[0102]
直流变压器实时仿真建模需要对直流变压器中的每个dab变换器进行单独的建模，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。
[0103]
为此，本发明提供了一种直流变压器的仿真建模方法，为了便于理解，请参阅图2，本发明提供的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h桥通过变压器进行连接，包括以下步骤：
[0104]
s1、根据h桥的预设配置参数构建h桥的等效电路模型。
[0105]
s2、根据变压器的预设配置参数构建变压器的等效电路模型。
[0106]
s3、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。
[0107]
本发明提供一种直流变压器的仿真建模方法，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。
[0108]
以下为本发明提供的一种直流变压器的仿真建模方法的具体实施例的详细描述。
[0109]
在一个具体实施例中，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，两组开关管组并联连接，两组开关管组均分别与电源电容和旁路开关并联连接，旁路开关与电源电容并联连接；
[0110]
则步骤s1具体包括：
[0111]
s101、基于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。
[0112]
需要说明的是，主网络模块是为直流变压器的控制端，用于向直流变压器进行输入控制指令，主网络模块运行在cpu，而直流变压器的仿真模型运行于fpga模块。
[0113]
s102、采用电磁暂态方法构建h桥的等效电路模型，如图3所示，其中，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，旁路开关支路、开关支路和电源电容支路分别并联连接，其中，旁路开关支路包括流入电流源和旁路开关等效电阻rk，流入电流源和旁路开关等效电阻rk并联连接，开关管支路包括四个开关管等效电阻r1、r2、r3、r4，四个开关管r1、r2、r3、r4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，两组开关管等效支路并联连接，电源电容支路包括历史电流源i
ch
、电容并联电阻rc和电容支路并联电阻r，历史电流源i
ch
与电容并联电阻rc并联连接，电容支路并联电阻r与电容并联电阻rc并联连接；
[0114]
可以理解的是，电源电容采用诺顿等效，即等效电路为历史电流源i
ch
、电容并联电阻rc和电容支路并联电阻r，历史电流源i
ch
与电容并联电阻rc并联连接，电容支路并联电阻r与电容并联电阻rc并联连接，电容支路并联电阻r可以更精确表征电容的内在电阻。采用基于梯形积分代换的诺顿等效，在仿真步长为δt的情况下，需要保持一个仿真步长内的电容的导纳均值不变，则将在一个预设的仿真步长内的电源电容进行归一化，则有：
[0115][0116]
式1中，rc表示电容并联电阻，c表示电源电容，δt表示仿真步长；
[0117]
将式1进行变换得到电容并联电阻为，
[0118][0119]
通过下式3计算历史电流源的电流值为，
[0120][0121]
式3中，i
ch
表示历史电流源的电流值，uc表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，ic表示流过电源电容的电流；
[0122]
需要说明的是，在等效电路中，需要满足节点电流矢量和为零，即历史电流源的电流值i
ch
、电容并联电阻(流过等效电阻)rc的电流、流过电容的电流ic之和为零。
[0123]
s103、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，开关管的状态信号包括导通和断开；
[0124]
其中，开关管采用导通-关断法等效，h桥中的四个开关管s
1p
、s
2p
、s
3p
、s
4p
分别等效为可以导通或者关断的电阻r1、r2、r3、r4，即当igbt或二极管导通时，该支路电阻接近为0，当igbt和二极管关断时，该支路电阻接近无穷大。开关状态取决于开关管支路的电压、电流以及外部输入的开关信号：
[0125][0126]
式中，r
on
为导通电阻，一般取值很小，例如0.001ω，r
off
为关断电阻，一般取值很大，如100mω。
[0127]
可以理解的是，由于h桥的输出电压取决与输入电压的电容，而开关管对输出电压的影响取决于控制指令，因此，在实际应用中，其开关管对h桥的输出电压的影响较小，为了简化模型，将开关管的导通状态等效成电阻，并利用诺顿等效方式等效电源电容，从而既可以简化开关管的运行特性并准确模拟h桥的端口输出特性。
[0128]
s104、根据等效电路模型构建节点电压的导纳矩阵为，
[0129][0130]
式4中，rk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un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；
[0131]
s105、采用仿真输入量对节点电压的导纳矩阵进行更新。
[0132]
在一个具体实施例中，变压器包括原边漏感支路、副边漏感支路和互感支路。
[0133]
则步骤s2具体包括：
[0134]
将副边漏感支路中的电流、电压、电阻和电感归算到原边漏感支路中，根据变压器的预设配置参数构建变压器的等效电路模型，如图4所示，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；
[0135]
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v2'和副边归算到原边漏感支路的电流源i2'；其中，原边绕组子支路包括串联的原边绕组电阻r1和原边绕组电感l1，变压器励磁子支路包括串联的变压器励磁电阻rm和变压器励磁电感lm，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r2'和副边归算到原边漏感支路的绕组电感l2'；
[0136]
原边绕组子支路、变压器励磁子支路和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，变压器励磁子支路分别与副边归算到原边漏感支路的电压源v2'和副边归算到原边漏感支路的电流源i2'并联连接；
[0137]
等效副边漏感支路包括副边漏感电流源i2和副边漏感电压源v2，副边归算到原边漏感支路的电流源i2'与副边漏感电流源i2互感连接；
[0138]
可以理解的是，由于变压器两端电压不一致，需要对原边或者副边进行归算，即等效模型将副边电压归算到原边，等效为一个受控电压源，将副边阻抗按照变比平方归算到原边，形成一个原边受控电压源、副边受控电流源的等效电路模型。
[0139]
其中，为了将副边电压归算到原边等效为一个受控电压源，副边归算到原边漏感支路的电压源满足下式5为，
[0140]
v2'＝n
×
v2
ꢀꢀ
式5
[0141]
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；
[0142]
为了将副边电流归算等效为一个电流源，副边归算到原边漏感支路的电流源满足下式6为，
[0143]
i2＝n
×
i2'
ꢀꢀ
式6
[0144]
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；
[0145]
为了简化仿真中的fpga模型，将dab中的谐振电感与变压器的原边漏感合并计算，考虑变压器阻抗，副边归算到原边漏感支路的电阻满足下式7为，
[0146]
r2'＝n
×
r2
ꢀꢀ
式7
[0147]
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；
[0148]
副边归算到原边漏感支路的电感满足下式8为，
[0149]
l2'＝n
×
l2
ꢀꢀ
式8
[0150]
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。
[0151]
在一个具体实施例中，步骤s3具体包括：
[0152]
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，其中，直流变压器的电路仿真模型满足下式9为，
[0153]usm-v2＝nx
l
×
i2
ꢀꢀ
式9
[0154]
式9中，x
l
表示h桥和变压器之间的互感连接的电感值。
[0155]
可以理解的是，由于直流变压器的输入电压和输出电压是不相等的，则直流变压器的电路仿真模型需要满足式9，以准确地表征输出特性。
[0156]
在一个具体实施例中，现有多电压等级直流变压器一般采用如图5所示的拓扑结构，多个dab变换器在高压端串联以接入hv直流母线，在低压端并联以接入lv直流母线，从而使高压侧电压等级提高n倍，低压侧电流等级提高多倍。高频变压器给电路提供电气隔离和电压匹配，而电感作为瞬时能量存储环节。通过控制全桥变换器交流输出侧的方波电压，就可以控制加在辅助电感两端电压的大小和相位，进而控制功率的大小和流动。为此，本实施例为了实现多电压等级直流变压器的仿真建模，本方法还包括：
[0157]
s4、构建多个直流变压器的电路仿真模型，将多个直流变压器的电路仿真模型进行串联级联。
[0158]
以上为本发明提供的一种直流变压器的仿真建模方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种直流变压器的仿真建模系统的实施例的详细描述。
[0159]
本发明提供了一种直流变压器的仿真建模系统，其直流变压器包括两个h桥和一个变压器，两个h桥通过变压器进行连接，请参阅图6，其系统包括：
[0160]
h桥等效构建模块100，用于根据h桥的预设配置参数构建h桥的等效电路模型；
[0161]
变压器等效构建模块200，用于根据变压器的预设配置参数构建变压器的等效电路模型；
[0162]
仿真模块300，用于将两个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。
[0163]
在一个具体实施例中，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，两组开关管组并联连接，两组开关管组均分别与电源电容和旁路开关并联连接，旁路开关与电源电容并联连接；
[0164]
h桥等效构建模块具体包括：
[0165]
获取模块，用于基于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；
[0166]
暂态构建模块，用于采用电磁暂态方法构建h桥的等效电路模型，其中，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，旁路开关支路、开关支路和电源电容支路分别并联连接，其中，旁路开关支路包括流入电流源和旁路开关等效电阻，流入电流源和旁路开关等效电阻并联连接，开关管支路包括四个开关管等效电阻，四个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，两组开关管等效支路并联连接，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，历史电流源与电容并联电阻并联连接，电容支路并联电阻与电容并联电阻并联连接；
[0167]
归一化模块，用于将在一个预设的仿真步长内的电源电容进行归一化，则有：
[0168][0169]
式1中，rc表示电容并联电阻，c表示电源电容，δt表示仿真步长；
[0170]
变换模块，用于将式1进行变换得到电容并联电阻为，
[0171][0172]
计算模块，用于通过下式3计算历史电流源的电流值为，
[0173][0174]
式3中，i
ch
表示历史电流源的电流值，uc表示电源电容的电压，t表示当前的仿真步长，ic表示流过电源电容的电流；
[0175]
开关管等效模块，用于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，开关管的状态信号包括导通和断开；
[0176]
导纳模块，用于根据等效电路模型构建节点电压的导纳矩阵为，
[0177][0178]
式4中，rk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un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；
[0179]
更新模块，用于采用仿真输入量对节点电压的导纳矩阵进行更新。
[0180]
在一个具体实施例中，变压器包括原边漏感支路、副边漏感支路和互感支路，变压器等效构建模块具体包括：
[0181]
变压器等效模块，用于将副边漏感支路中的电流、电压、电阻和电感归算到原边漏感支路中，根据变压器的预设配置参数构建变压器的等效电路模型，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；
[0182]
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，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，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，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；
[0183]
原边绕组子支路、变压器励磁子支路和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，变压器励磁子支路分别与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并联连接；
[0184]
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，副边归算到原边漏感支路的电流源与副边漏感电流源互感连接；
[0185]
其中，副边归算到原边漏感支路的电压源满足下式5为，
[0186]
v2'＝n
×
v2
ꢀꢀ
式5
[0187]
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；
[0188]
副边归算到原边漏感支路的电流源满足下式6为，
[0189]
i2＝n
×
i2'
ꢀꢀ
式6
[0190]
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；
[0191]
副边归算到原边漏感支路的电阻满足下式7为，
[0192]
r2'＝n
×
r2
ꢀꢀ
式7
[0193]
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；
[0194]
副边归算到原边漏感支路的电感满足下式8为，
[0195]
l2'＝n
×
l2
ꢀꢀ
式8
[0196]
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。
[0197]
在一个具体实施例中，仿真模块具体用于，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，其中，直流变压器的电路仿真模型满足下式9为，
[0198]usm-v2＝nx
l
×
i2
ꢀꢀ
式9
[0199]
式9中，x
l
表示h桥和变压器之间的互感连接的电感值。
[0200]
在一个具体实施例中，本系统还包括：
[0201]
级联模块，用于构建多个直流变压器的电路仿真模型，将多个直流变压器的电路仿真模型进行串联级联。
[0202]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0203]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0204]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0205]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0206]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。