[发明专利]一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型

说明书

本发明涉及一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型(High Frequency Link Decoupling Equivalent Model of Cascaded H‑Bridge Type Power Electronic Transformer)，主要针对的是级联H桥型电力电子变压器(Cascaded H‑Bridge Type Power Electronic Transformer,CHB‑PET)等效模型的建立。本发明的核心技术方案是：1、利用Ward等值将功率模块内部的对外贡献转移到边界节点上；2、根据相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点以历史电压值替代当前时刻电压；3、实现电路解耦后再进行一次Ward等值消去剩余节点，得到功率模块的背靠背等效电路；4、根据CHB‑PET的连接特征形成相单元等效电路，接入外部电路由EMT解算器求解，并反解更新内部的参数。

技术领域

本发明涉及一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型，属于电力系统仿真技术领域。

背景技术

电力电子变压器(Power Electronic Transformers，PET)是一种新型电力电子设备，其特征在于每个功率模块中均包含高频变压器和大量电力电子开关设备。PET可以实现交直流电压转换、电气隔离、功率传输和大规模分布式新能源并网接入等功能，已经逐渐成为交直流配网中的关键设备。然而，基于分立元件搭建的CHB-PET详细模型节点数目庞大，仿真效率极低，在进行电磁暂态仿真时面临严峻挑战。

本发明针对CHB-PET仿真效率较低的问题，提出了一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型。该模型基于相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点，实现功率模块的单步长解耦，再利用Ward等值的方法，消去内部节点和边界节点，避免了大量的矩阵求逆工作。考虑到ISOP型的结构，计算出级联后的相单元等效电路参数，可提高EMT解算的效率。

发明内容

本发明提供一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型，该模型的建立包括以下步骤：

步骤1：将CHB-PET功率模块中的开关组用二值电阻等效，同时采用梯形积分法将变压器离散，得到变压器双端口等效电路。将各元件的伴随网络组合，得到变压器的伴随电路。

步骤2：基于Ward等值法，消去功率单元中的内部节点，利用相邻两个步长之间高频链端口电容电压不突变的特点，用电容电压的历史值代替当前时刻电压，实现高频链端口的解耦；再进行一次Ward等值，消去边界节点，得到无电气连接的背靠背电路。

步骤3：对一些关键参数进行预计算，然后针对CHB-PET的ISOP型结构，将输入侧等效电路转换为串联的戴维南形式，最终得到相单元的解耦等效模型，给出对外等效模型的参数。

步骤4：根据功率模块闭锁时的状态，使用额外的完全闭锁等效电路进行等效；然后在步骤3的基础上，将得到的相单元解耦的等效模型与外电路相结合，进行外部节点电压电流信息的求解，并反解出功率模块内部的节点信息。

附图说明

图1为CHB-PET及功率模块拓扑结构图。

图2为变压器及其等效模型图。

图3为功率模块伴随电路图。

图4为功率模块的高频链端口解耦模型图(摘要附图)。

图5为相单元解耦等效模型图。

图6为功率模块闭锁电路图。

图7为完全闭锁等效电路图。

具体实施方式

本发明提供一种级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型。下面将对本发明的建模步骤做进一步详细的说明。

步骤1：