[發(fā)明專利]高壓大功率儲能變流器電磁暫態(tài)快速仿真建模方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110459845.7
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113190993B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐飛;李子欣;高范強(qiáng);趙聰;高志宣;李耀華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/3323
• 代理公司: 北京瀚仁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

本發(fā)明屬于變流器仿真建模領(lǐng)域，具體涉及了一種高壓大功率儲能變流器電磁暫態(tài)快速仿真建模方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無法快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)高壓大功率儲能變流器的電磁暫態(tài)仿真建模的問題。本發(fā)明包括：基于拓?fù)浞治?，進(jìn)行所述高壓大功率儲能變流器的解耦拆分和矩陣降維，分別建立高壓大功率儲能變流器的儲能單元、AD/DC變換器、級聯(lián)H橋變流器的等效電路；分別根據(jù)各等效電路中各元件值，進(jìn)行儲能單元、AD/DC變換器以及級聯(lián)H橋變流器的數(shù)字電磁暫態(tài)計(jì)算；基于各數(shù)字電磁暫態(tài)計(jì)算結(jié)果，獲得高壓大功率儲能變流器的電磁暫態(tài)快速仿真模型。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高壓大功率儲能變流器快速、準(zhǔn)確的仿真建模。

背景技術(shù)

高速電磁驅(qū)動系統(tǒng)中變流器是對直線電機(jī)供電的關(guān)鍵設(shè)備，為了充分發(fā)揮直線電機(jī)短時高速、大推力和快速可控等性能，變流器需具備大電流、高電壓、寬范圍變頻、快速調(diào)節(jié)、輸出電能質(zhì)量好和冗余性高等特點(diǎn)，這對變流器設(shè)備提出了較高要求。

級聯(lián)H橋高壓大功率儲能變流器包含大容量儲能單元和電力電子變換電路可滿足上述要求，為直線電機(jī)提供短時高壓大功率電源。級聯(lián)H橋由多個功率模塊串聯(lián)方式連接構(gòu)成，每個功率模塊主要包含儲能單元和DC/AC變換器兩個環(huán)節(jié)，采用級聯(lián)H橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高電壓和大電流輸出。傳統(tǒng)級聯(lián)H橋變流器DC側(cè)通常為薄膜電容，而級聯(lián)H橋儲能變流器DC側(cè)包含薄膜電容、濾波電感、超級電容及其內(nèi)阻。為了實(shí)現(xiàn)高壓大功率，變流器單個橋臂中串聯(lián)功率模塊數(shù)量較多，導(dǎo)致變流器中元件多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)高壓大功率儲能變流器快速離線或者實(shí)時仿真。領(lǐng)域內(nèi)提出了一種H橋型MMC換流器的橋臂等效電路[1]，然而該方法僅適用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率模塊換流器的快速仿真，而高壓大功率儲能變流器功率模塊包括儲能單元和DC/AC變換器兩個環(huán)節(jié)。領(lǐng)域內(nèi)還提出了一種平均值模型變流器建模方法[2]，該方法只是在平均值模型基礎(chǔ)上建立變流器模型，其無法實(shí)現(xiàn)級聯(lián)H橋和儲能單元的電磁暫態(tài)仿真。

以下文獻(xiàn)是與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)背景資料：

[1]徐飛、李耀華、王平、李子欣、高范強(qiáng)，一種全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，20150512，CN104866656A.

[2]姜云龍、鄭玉平、王小紅、王志剛、侯凱、劉競，一種諧振型雙有源橋變換器建模、降階、設(shè)計(jì)方法、裝置及系統(tǒng)，20180910，CN109271698A.

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即現(xiàn)有技術(shù)無法快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)高壓大功率儲能變流器的電磁暫態(tài)仿真建模的問題，本發(fā)明提供了一種高壓大功率儲能變流器電磁暫態(tài)快速仿真建模方法，該方法包括：

步驟S10，基于拓?fù)浞治?，進(jìn)行所述高壓大功率儲能變流器的解耦拆分和矩陣降維，分別建立高壓大功率儲能變流器的儲能單元、AD/DC變換器、級聯(lián)H橋變流器的等效電路；

步驟S20，根據(jù)所述儲能單元的等效電路中受控電流源I₁的電流值I₁，超級電容C₁的電容值C₁、電壓值U₁、輸入電流值I₃、等效內(nèi)阻R₁的電阻值R，限流電抗L₁的電抗值L₁，以及薄膜電容C₂的電容值C₂、電壓值U₂、輸入電流值I₂，進(jìn)行所述儲能單元的數(shù)字電磁暫態(tài)計(jì)算；

步驟S30，根據(jù)所述AD/DC變換器的等效電路中受控電壓源U_e1的電壓值U_e1、受控電壓源U_e2的電壓值U_e2以及二極管D₁和二極管D₂的通斷，進(jìn)行所述AD/DC變換器的數(shù)字電磁暫態(tài)計(jì)算；