一种直流变压器子模块等效仿真方法及模块与流程

本发明涉及直流输配电，特别是涉及一种直流变压器子模块等效仿真方法及模块。

背景技术：

1、电力电子变压器相对于传统变压器，具有体积小、质量轻、分布式电源容易接入、波形和潮流易控制、电能质量可调等优点，成为新能源并网与系统轻型化的有效途径之一。直流变压器作为交直流输配电网的关键设备，随着大容量直流配电网的发展，电压等级不断提高，直流变压器环节的仿真面临巨大挑战。一方面由于功率器件应力耐受水平有限，使得直流变压器多采用模块级联拓扑，开关器件数量巨大，仿真资源需求量增大；另一方面直流变压器中使用的高频变压器使得开关器件开关频率升高，仿真步长减小，仿真耗时增加。

2、现有技术中，对直流变压器的仿真通常采用实际元器件搭建仿真模型，由于使用元器件数量多，而且整个模型结构复杂，需要计算和处理的数据量大，导致仿真耗时长，进而使得仿真效率低、经济性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直流变压器子模块等效仿真方法，用以解决现有技术存在的对直流变压器的仿真耗时多导致的仿真效率低的问题；还提供了一种直流变压器子模块等效仿真模块，用于实现上述方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流变压器子模块等效仿真方法，具体步骤为：

3、1)根据开关器件的开关电阻特性，将开关器件等效为开通电阻或关断电阻；对电容元件和电感元件分别进行离散化，并将该电容元件和电感元件均等效为电阻与电压源的串联；对高频变压器进行解耦处理，将高频变压器等效为受控电压源、受控电流源、受控电阻和二极管；

4、2)根据戴维南等效原理，计算子模块的高频变压器原边全桥在不同运行状态下的第一开路电压、第一开路电阻和副边受控电压源电压；计算子模块的高频变压器副边全桥在不同运行状态下的第二开路电压、第二开路电阻和以及原边受控电流源电流；

5、3)根据系统不同工况下子模块的工作状态，根据步骤2)的计算结果分别对各个等效受控电压源和受控电阻进行相应的赋值，实现直流变压器子模块的等效仿真。

6、有益效果：本发明通过根据开关器件、电容元件、电感元件和高频变压器各自的特性分别建立各自的等效模型，然后利用戴维南等效定理计算子模块的高频变压器原副边全桥在不同运行状态下的开路电压、开路电阻，以及副边受控电压源电压和原边受控电流源电流，并利用计算结果基于不同工况下子模块的工作状态分别对各个等效受控电压源和受控电阻进行赋值，以实现直流变压器子模块的等效仿真。和现有技术相比，本发明的等效仿真模型的器件数量大大减少，需要测量的量也相应减少很多，使得仿真成本降低而且仿真周期变小，同时仿真步长不再受限于开关器件的开关功率，从而可以使仿真步长增大，也有利于减小仿真周期，提高仿真效率。

7、进一步地，步骤2)中原边全桥的运行状态指的是原边第一全桥和原边第二全桥运行状态的组合，副边全桥的运行状态指的是副边第一全桥和副边第二全桥运行状态的组合；

8、其中，原边第一全桥和副边第一全桥的状态都包括正电压投入状态、负电压投入状态、切除状态和闭锁状态；原边第二全桥和副边第二全桥的状态都包括正电压投入状态、负电压投入状态和闭锁状态。

9、有益效果：本发明根据原副边各自的两个全桥的不同状态的组合对高频变压器原副边全桥的多种运行状态进行了详细的划分，由于各个全桥在不同状态下的等效电压和等效电阻的大小不尽相同，因此基于高频变压器原副边各个全桥的不同组合状态，能够模拟出直流变压器子模块的多种真实运行状态，进而提高仿真模型的有效性。

10、进一步地，为步骤3)中的各个等效受控电压源和受控电阻分别进行赋值，具体如下：

11、当原边全桥闭锁且桥臂电流为正时，将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电压赋值为第一开路电压；将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电阻赋值为第一开路电阻；将子模块正常运行时的等效电压和等效电阻分别赋值为零，并将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电压和等效电阻分别赋值为零；

12、当原边全桥闭锁且桥臂电流为负时，将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电压赋值为第一开路电压；将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电阻赋值为第一开路电阻；将子模块正常运行时的等效电压和等效电阻分别赋值为零，并将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电压和等效电阻分别赋值为零；

13、当原边全桥解锁时，将子模块正常运行时的等效电压赋值为第一开路电压；将子模块正常运行时的等效电阻赋值为第一开路电阻；将子模块闭锁且桥臂电流为正/负时的等效电压和等效电阻分别赋值为零；

14、当副边全桥闭锁且桥臂电流为正时，将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电压赋值为第二开路电压；将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电阻赋值为第二开路电阻；将子模块正常运行时的等效电压和等效电阻分别赋值为零，并将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电压和等效电阻分别赋值为零；

15、当副边全桥闭锁桥臂电流为负时，将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电压赋值为第二开路电压；将子模块闭锁且桥臂电流为负时的等效电阻赋值为第二开路电阻；将子模块正常运行时的等效电压和等效电阻分别赋值为零，并将子模块闭锁且桥臂电流为正时的等效电压和等效电阻分别赋值为零；

16、当副边全桥解锁时，将子模块正常运行时的等效电压赋值为第二开路电压；将子模块正常运行时的等效电阻赋值为第二开路电阻，并将子模块闭锁且桥臂电流为正/负时的等效电压和等效电阻分别赋值为零。

17、有益效果：本发明根据整个系统处于不同工况下子模块的工作状态，将计算出的等效模型中的开路电压和开路电阻分别赋值给对应的受控电压源和受控电阻，从而更准确的模拟出等效模型在不同运行状态下的等效电压值和等效电阻值，能够提高仿真模型的有效性和鲁棒性。

18、进一步地，第一开路电压和第二开路电压均是利用开关器件的开通电阻、开关器件的关断电阻、直流变压器原边电容等效电阻值和直流变压器原边电容电压计算得到；第一开路电阻和第二开路电阻均是利用开关器件的开通电阻和关断电阻计算得到。

19、进一步地，对于原边全桥，当原边第二全桥处于正投或负投状态时，副边受控电压源电压是利用直流变压器原边电容电压、开关器件的开通电阻、交流变压器原边短路阻抗及谐振电抗的等效电阻、直流变压器原边谐振电容的等效电阻、交流变压器原边等效电流源电压、交流变压器原边短路阻抗及谐振电抗的等效电压源电压、直流变压器原边谐振电容的等效电压源电压计算得到。

20、进一步地，对于副边全桥，当副边第二全桥处于正投或负投状态时，原边受控电流源电流是利用副边受控电压源电压、交流变压器副边短路阻抗及谐振电抗的等效电压源电压、直流变压器副边电容电压、直流变压器副边谐振电容等效电压源电压、交流变压器副边等效电阻计算得到。

21、本发明还提供一种直流变压器子模块等效仿真模块，该模块包括处理器和存储器，其中，存储器用于存储处理器的可执行指令；处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述任一项所述的直流变压器子模块等效仿真方法。