[发明专利]基于寄生参数效应分析的高频变压器传输特性优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统分析技术领域，特别是涉及一种基于寄生参数效应分析的高频变压器传输特性优化方法。

背景技术

近年来，随着大规模离岸风电场和光伏发电等新型直流源并网需求的增长，以及半导体照明系统等直流负荷的增加，电力系统对直流母线互联的需求日益增长，在此基础上提出了建立直流电网的构想。含磁耦合高频变压器的大容量DC-DC变换器可以实现直流电能的大规模传输和灵活控制，是发展直流电网的关键装备。其中，大容量高频变压器可以有效实现系统的电气隔离与电压等级变换，因而获得了广泛关注。

与传统的50/60Hz工频电力变压器相比，高频电力变压器的工作频率达到几十甚至上百千赫兹，可以显著减小变压器的体积和重量。然而，在高频下与变压器结构、尺寸密切相关的寄生参数会对变压器的电压电流波形、自然谐振频率、传输特性等产生显著影响。而且，合理控制变压器寄生参数对于实现变换器的零电压/电流开关，以及保持变换器的稳定运行十分重要。因此寄生参数已经成为高频变压器研究的关键问题。现有的变压器寄生参数分析方法通常聚焦于寄生参数提取方法，以及变压器内部结构和寄生参数间关联关系的研究。然而，如何在此基础上准确有效的分析寄生参数对高频变压器外特性的影响机理，并通过优化设计改善高频变压器外特性，目前还缺乏相关研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出基于寄生参数效应分析的高频变压器传输特性优化方法，其特征在于：

步骤1、建立大容量高频变压器磁特性模型和电容模型，获取磁特性模型和电容模型的相关参数，包括：一次绕组电阻R_s1，二次绕组电阻R_s2，磁芯损耗等效电阻R_m，一次侧励磁电感L_m，二次侧漏感L_s，理想变压器变比n，一次绕组对地电容C₁，二次绕组对地电容C₂，一二次绕组间电容C₃；通过电路分析得到磁特性模型的Y参数矩阵Y_m和电容模型的Y参数矩阵Y_c；

步骤2、建立大容量高频变压器模型，该模型由磁特性模型和电容模型通过外部端子并联得到，将磁特性模型的Y参数矩阵Y_m和电容模型的Y参数矩阵Y_c相加，即获得高频变压器模型的Y参数矩阵Y_g，并在此基础上得到二次侧开路时的电压传输函数H_u的数学表达式和二次侧短路时的电流传输函数H_i的数学表达式；

步骤3、根据步骤2中的二次侧开路时的电压传输函数H_u的数学表达式和二次侧短路时的电流传输函数H_i的数学表达式得到：当二次侧为高压绕组时，二次侧开路时的电压传输极值频率f_u、二次侧短路时的电流传输极值频率f_i和电压传输函数H_u与电流传输函数H_i的共同零点频率f₀，通过比较f_u、f_i和f₀的大小得到f_u为传输特性零极点频率的最小值，即f_u＝min{f₀，f_u，f_i}；当二次侧为低压绕组时，二次侧开路时的电压传输极值频率f′_u、二次侧短路时的电流传输极值频率f′_i和电压传输函数H_u与电流传输函数H_i的共同零点频率f′₀，通过比较f′₀，f′_u和f′_i的大小得到f′_i为传输特性零极点频率的最小值，即f′_i＝min{f′₀，f′_u，f′_i}；对于同一台高频变压器，f_u与f′_i相等；