一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法和系统与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法和系统。背景技术：2.双有源桥dc-dc变换器(dual active bridge dc-dc converter，dab)是电力电子系统中一种常用的基本结构，可以实现灵活的直流变换，通过适当组合还能构成直流变压器、电动汽车充电桩等结构更加复杂、功能更加多样的设备。3.近年来，随着中低压直流配电网的发展，双有源桥变换器的应用也越来越广泛。为了充分研究直流配电网的控制特性，往往需要对系统进行电磁暂态仿真。4.然而由双有源桥变换器构成的电力电子电路，具有电气耦合紧密，非线性度高的特点。如果采用传统分离元件模型组合构建系统模型的方法，则仿真效率随着电力电子开关数量的增加而急剧降低。技术实现要素：5.有鉴于此，本发明旨在解决对含双有源桥变换器的系统进行电磁暂态仿真时，采用传统分离元件模型组合构建系统模型的方法，仿真效率随着电力电子开关数量的增加而急剧降低的问题。6.为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：7.第一方面，本发明提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法，包括如下步骤：8.将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路；9.根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵；10.检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源；11.根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压；12.求解支路电压和支路电流；13.判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新检查开关变化情况并执行后续步骤，直至仿真结束。14.进一步的，电路参数包括开关等效参数，开关等效参数的计算公式如下：15.[0016][0017]其中，e为自然常数，g为开关信号，n1/n2为变压器变比；ig1x，i'g2x为上一时步开关支路电流；vg1x(t-dt)，v′g2x(t-dt)为上一时步开关支路电压。[0018]进一步的，电路参数还包括电容等效参数，电容等效参数的计算公式如下：[0019][0020][0021]式中，c1，c2为电容值，vc1(t-dt)，v'c2(t-dt)为上一时步电容支路电压。[0022]进一步的，电路参数还包括电感等效参数，电感等效参数的计算公式如下：[0023][0024][0025][0026]其中，l1，l2，lm，lk为电感值，il1(t-dt)，ilm(t-dt)，i'l2(t-dt)为上一时步电感支路电流。[0027]进一步的，系统节点电压方程具体为：[0028]gv＝i[0029]式中，g为系统导纳矩阵，v为节点电压向量，i为注入电流向量。[0030]第二方面，本发明提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真系统，包括：[0031]等效单元，用于将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路；[0032]导纳矩阵计算单元，根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵；[0033]仿真计算单元，用于检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源；还用于根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压；还用于求解支路电压和支路电流；还用于判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新进入索引单元，直至仿真结束。[0034]进一步的，电路参数包括开关等效参数，开关等效参数的计算公式如下：[0035][0036][0037]其中，e为自然常数，g为开关信号，n1/n2为变压器变比；ig1x，i'g2x为上一时步开关支路电流；vg1x(t-dt)，v′g2x(t-dt)为上一时步开关支路电压。[0038]进一步的，电路参数还包括电容等效参数，电容等效参数的计算公式如下：[0039][0040][0041]式中，c1，c2为电容值，vc1(t-dt)，v'c2(t-dt)为上一时步电容支路电压。[0042]进一步的，电路参数还包括电感等效参数，电感等效参数的计算公式如下：[0043][0044][0045][0046]其中，l1，l2，lm，lk为电感值，il1(t-dt)，ilm(t-dt)，i'l2(t-dt)为上一时步电感支路电流。[0047]进一步的，系统节点电压方程具体为：[0048]gv＝i[0049]式中，g为系统导纳矩阵，v为节点电压向量，i为注入电流向量。[0050]综上，本发明提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法和系统，其中本发明的方法包括将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路；根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵；检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源；根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压；求解支路电压和支路电流；判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新检查开关变化情况并执行后续步骤，直至仿真结束。本发明通过计算出不随系统状态变化而变化的系统导纳矩阵，同时将开关变化反映在开关支路等效电流源中。仿真迭代过程中，开关状态变化后，只需要更新开关支路的等效电流源，避免了重新计算系统导纳矩阵的开销，也避免了预计算大量系统导纳矩阵而需要的大内存。由于dab工作频率较高，开关状态变化频繁，因此本发明可以有效提高仿真效率。附图说明[0051]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0052]图1为本发明实施例提供的一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法的流程示意图；[0053]图2为本发明实施例提供的双有源桥变换器的电路结构图；[0054]图3为本发明实施例提供的双有源桥变换器的等效电路结构图；[0055]图4为本发明实施例提供的仿真计算流程图。具体实施方式[0056]为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0057]双有源桥dc-dc变换器(dual active bridge dc-dc converter，dab)是电力电子系统中一种常用的基本结构，可以实现灵活的直流变换，通过适当组合还能构成直流变压器、电动汽车充电桩等结构更加复杂、功能更加多样的设备。图2给出了一个dab模块的详细电路图。其中包含8个igbt及其反并联二极管，一个高频变压器。[0058]近年来，随着中低压直流配电网的发展，双有源桥变换器的应用也越来越广泛。为了充分研究直流配电网的控制特性，往往需要对系统进行电磁暂态仿真。[0059]然而由双有源桥变换器构成的电力电子电路，具有电气耦合紧密，非线性度高的特点。如果采用传统分离元件模型组合构建系统模型的方法，则仿真效率随着电力电子开关数量的增加而急剧降低。[0060]基于此，本发明提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法和系统。[0061]以下对本发明的一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法的实施例进行详细的介绍。[0062]请参阅图1，本实施例提供一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法，具体包括：[0063]s100：将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路。[0064]如图3所示，本实施例中将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联支路。其中包括7个节点，13条支路。[0065]s200：根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵。[0066]根据该等效电路，可以得到包括开关等效参数、电容等效参数和电感等效参数在内的各项电路参数。各项电路参数的计算公式如下：[0067]开关等效参数计算公式：[0068][0069][0070]其中，e为自然常数，g为开关信号，n1/n2为变压器变比；ig1x，i'g2x为上一时步开关支路电流；vg1x(t-dt)，v′g2x(t-dt)为上一时步开关支路电压。[0071]电容等效参数计算公式：[0072][0073][0074]其中，c1，c2为电容值，vc1(t-dt)，v'c2(t-dt)为上一时步电容支路电压。t为当前仿真时间，dt为仿真步长。[0075]电感等效参数计算公式：[0076][0077][0078][0079]其中，l1，l2，lm，lk为电感值，il1(t-dt)，ilm(t-dt)，i'l2(t-dt)为上一时步电感支路电流。t为当前仿真时间，dt为仿真步长。[0080]根据图3可以得到系统节点电压方程：[0081]gv＝i[0082]其中，g为系统导纳矩阵，v为节点电压向量，i为注入电流向量。[0083]基于上述电路参数，可得系统导纳矩阵g、节点电压向量v以及节点电流向量i如下：[0084][0085][0086][0087]s300：检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源。即根据前述各项电路参数公式计算i中各项参数。[0088]s400：根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压。即求取v中各项参数，得到7个节点处的电压值。[0089]s500：求解支路电压和支路电流。[0090]需要说明的是，支路电压为支路两端节点电压之差，支路电流为支路电压除以支路电阻。[0091]s600：判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新检查开关变化情况并执行后续步骤，直至仿真结束。[0092]基于上述步骤，图4为本实施例中对双有源桥变换器进行仿真计算的流程。[0093]本实施例提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法，包括将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路；根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵；检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源；根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压；求解支路电压和支路电流；判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新检查开关变化情况并执行后续步骤，直至仿真结束。本实施例通过计算出不随系统状态变化而变化的系统导纳矩阵，同时将开关变化反映在开关支路等效电流源中。仿真迭代过程中，开关状态变化后，只需要更新开关支路的等效电流源，避免了重新计算系统导纳矩阵的开销，也避免了预计算大量系统导纳矩阵而需要的大内存。由于dab工作频率较高，开关状态变化频繁，因此本实施例提供的仿真方法可以有效提高仿真效率。[0094]以上是对本发明的一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真方法的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真系统的实施例进行详细的介绍。[0095]本实施例提供了一种电路导纳矩阵不变的双有源桥变换器仿真系统，包括：等效单元、导纳矩阵计算单元和仿真计算单元。[0096]在本实施例中，等效单元用于将双有源桥变换器的各个支路均等效为电阻与历史电流源并联的支路，以得到等效电路。[0097]在本实施例中，导纳矩阵计算单元用于根据等效电路的各项电路参数计算出系统导纳矩阵。[0098]首先计算双有源桥变换器的等效电路，根据等效电路获取电路参数，电路参数包括开关等效参数，开关等效参数的计算公式如下：[0099][0100][0101]其中，e为自然常数，g为开关信号，n1/n2为变压器变比；ig1x，i'g2x为上一时步开关支路电流；vg1x(t-dt)，v′g2x(t-dt)为上一时步开关支路电压。[0102]进一步的，电路参数还包括电容等效参数，电容等效参数的计算公式如下：[0103][0104][0105]式中，c1，c2为电容值，vc1(t-dt)，v'c2(t-dt)为上一时步电容支路电压。[0106]进一步的，电路参数还包括电感等效参数，电感等效参数的计算公式如下：[0107][0108][0109][0110]其中，l1，l2，lm，lk为电感值，il1(t-dt)，ilm(t-dt)，i'l2(t-dt)为上一时步电感支路电流。[0111]在本实施例中，仿真计算单元用于检查开关变化情况，根据上一时步电路信息计算历史电流源；还用于根据系统节点电压方程求解得到新的节点电压；还用于求解支路电压和支路电流；还用于判断仿真是否结束，若否，则增加一步时间步长后重新检查开关变化情况并执行后续步骤，直至仿真结束。[0112]其中，系统节点电压方程具体为：[0113]gv＝i[0114]式中，g为系统导纳矩阵，v为节点电压向量，i为注入电流向量。[0115]需要说明的是，本实施例提供的仿真系统用于实现前述实施例提供的仿真方法，各单元的具体设置均以完整实现该方法为准，在此不再赘述。[0116]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。









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