一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器的简化等效模型制造技术

本发明专利技术设计一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器(power electronic transformers，PET)的简化等效模型(simplified equivalent model，SEM)，主要针对含有级联H桥(cascaded H

【技术实现步骤摘要】
一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器的简化等效模型


[0001]本专利技术属于电力系统仿真建模方向，具体涉及一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器的简化等效模型。

技术介绍

[0002]分布式可再生能源的间歇性和随机性给电力系统的安全稳定运行带来了挑战，储能设备的接入可以有效解决新能源带来的挑战。集成储能子模块(energy storage sub
‑
module,ESS)的电力电子变压器(power electronic transformers，PET)能够灵活的实现能量存储、电能传输，近年来受到广泛关注。
[0003]PET的功率模块拓扑包含单有源桥(single active bridge，SAB)、双有源桥(dual active bridge，DAB)、多有源桥(multiple active bridge，MAB)、级联H桥(cascaded H
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bridge，CHB)等，其中MAB减少了功率模块(power module，PM)内部高频变压器的数量，避免了冗余的中间功率转换环节，实现了多个端口之间的直接功率传输和控制，在工程项目中得到了广泛的应用。
[0004]由于新型电力系统对储能单元的多时间尺度调节要求越来越高，并网的储能单元逐渐从单一型转变为混合型，储能单元复杂度的增加进一步增大了仿真的难度。因此，本专利技术建立的适用于单一储能和混合储能的包含可变混合储能端口的PET的SEM具有重要的工程意义。

技术实现思路

>[0005]本专利技术提供一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器的简化等效模型(simplified equivalent model，SEM)，该模型的建立包括以下步骤：
[0006]步骤1：建立单功率模块的SEM。单个PM通常包括CHB、DAB或MAB、ESS。其中，CHB采用开关函数法、DAB或MAB采用广义状态空间平均法、ESS采用二值电阻和Dommel法；
[0007]步骤2：根据工程需求确定PM间各端口级联方式，并根据多端口级联建模方法建立PET的SEM；
[0008]步骤3：以所选择的储能单元种类及数量为基础，按照数量在PET的SEM中预留电气端口，端口可直接与不同种类的储能单元连接，储能单元将电气信息通过端口传入SEM；
[0009]步骤4：通过PSCAD/EMTDC将所建立的SEM模型与外电路结合，以EMT解算的方式实现模型步长间的逐步求解；
[0010]上述四个步骤依次顺序进行。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例中包含混合储能的PET拓扑示意图；
[0012]图2是本专利技术实施例中ESS各元件及其等效电路示意图；
[0013]图3是本专利技术实施例中DAB变换器拓扑图；
[0014]图4是本专利技术实施例中PET的SEM等效电路图；
具体实施方式
[0015]为进一步阐述本专利技术的原理，以下结合附图对专利技术涉及的包含可变混合储能端口的电力电子变压器的简化等效模型进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0016]图1为本专利技术实施例中包含混合储能的PET拓扑示意图。每个PM由CHB、MAB、ESS构成AC
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DC
‑
AC
‑
DC四级电能变换，数个PM间采用输入串联输出并联(input
‑
series output
‑
parallel，ISOP)的级联方式。拓扑包含中压交流(medium voltage alternating current，MVAC)母线和低压直流low voltage direct current，LVDC)母线。
[0017]图2为本专利技术实施例中ESS各元件及其等效电路示意图。
[0018]图3为本专利技术实施例中DAB变换器拓扑图。
[0019]图4是本专利技术实施例中PET的SEM等效电路图。
[0020]步骤1：建立单功率模块的SEM。单个PM通常包括CHB、DAB或MAB、ESS。其中，CHB采用开关函数法、DAB或MAB采用广义状态空间平均法、ESS采用二值电阻和Dommel法；
[0021]1)CHB单元建模：
[0022]CHB拓扑中的H桥整流单元一般为几百赫兹，因此针对不同工作状态，采用开关函数法对进行等效建模，可以兼顾精度与速度需求。H桥整流单元一般包括八种工作状态，兼顾H桥每个桥臂的上、下开关器件不能同时导通及二极管续流的特性，可以得到H桥两侧端口电压电流的极性关系。表1根据CHB拓扑的H桥整流单元中各个IGBT的开关状态及二极管导通情况，分析电路能量流动情况，进而得到H桥整流单元两侧的交直流电压、电流之间存在的系数关系。表中S1、S2、S3、S4表示IGBT的开关状态，D1、D2、D3、D4表示二极管的导通情况，u
N
为交流侧电压，i
H
为交流侧电流。
[0023]表1 IGBT开关状态及对应H桥两侧电压电流关系
[0024][0025]这种方法规避了高频链解耦等复杂的理论推导和庞大的代码计算量，可以快速建立交流侧与直流侧的电气联系，在保证模型精度的同时大幅提高计算效率。
[0026]2)ESS单元建模：
[0027]ESS由双向DC/DC转换器和储能单元组成，如图2所示，其中IGBT开关组等效为二值电导，电感运用Demmol法等效为诺顿等效电路。二值电导如下式给出：
[0028][0029]对电感L列写KVL，并采用梯形积分法离散化，可将图2(c)电感可等效为2(d)诺顿等效电路，其中，G
L
为诺顿等效电导，Δt为仿真步长，J
L_HIS
为历史电流源：
[0030][0031]合并IGBT开关组及电感等效电路，可得单端口诺顿等效电路：
[0032][0033]进而可得到诺顿等效电路端口电流值：
[0034][0035]其中R1、R2分别为IGBT开关组等效电阻，R
L
为滤波电感等效电阻，J
L_HIS
为滤波电感历史电流源，U
sb
为储能单元电压。
[0036]3)DAB单元建模：
[0037]DAB拓扑包含双绕组高频隔离变压器及其输入、输出侧相连的全桥换流单元，采用广义状态空间平均法对DAB的工作状态进行整体建模，进而规避精确等效模型中高频链解耦等复杂的理论推导和庞大的代码计算量。
[0038](1)连续时域状态方程的建立：
[0039]针对如图3所示的DAB模块，建立时变非线性微分方程，可得：
[0040][0041]其中，P＝[i
L1
(t),U
C1
(t),U
C2
(t)]T
，表示系统状态变量，P矩阵中i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于包含可变混合储能端口的电力电子变压器(power electronic transformers，PET)的简化等效模型(simplified equivalent model，SEM)，其特征在于：综合考虑新型电力系统中，多种储能单元的能量调控和储存需求、多种DC
‑
AC
‑
DC能量传递单元的电能灵活传输需求，以统一建模的方式建立了储能端口可变的PET简化等效模型，从拓扑种类及数量、电气量谐波次数、功率模块级联方式等方面高度配合工程需求，具有广泛性、灵活性、建模难度低、模型速度快等特点。该方法包括以下步骤：步骤1：建立单功率模块(power module，PM)的SEM。单个PM通常包括级联H桥(cascaded H
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bridge，CHB)、双有源桥(dual active bridge，DAB)或多有源桥(multiple active bridge，MAB)、储能子模块(energy stora...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建中，郑聪慧，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：