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专利号: 2020104079592
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:

步骤1、建立四阶LLC小信号模型;步骤1具体过程为:LLC谐振变换器小信号模型采用三阶小信号模型:式中, 为谐振槽实部电流; 为谐振槽虚部电流; 为LLC谐振变换器输入端口稳压电容上的电压;C0表示LLC谐振变换器输出端口稳压电容;系数矩阵中各参数与LLC谐振变换器实际电路参数关系如下:式中,

Lm励磁电感;Ls谐振电感;Cs谐振电容;Rs是Ls和Cs的阻抗的模;ωs开关角频率;Rld为直流侧负载;n为变压器变比;

对LLC谐振变换器三阶小信号模型输入采用电压源进行分析,不考虑LLC输入电容的动态特性,MPET中LLC的输入相当于一个电流源,考虑输入电容的动态特性,在三阶小信号模型的基础上得到四阶LLC小信号模型:其中,C1表示H桥与LLC连接端口稳压电容;

由式(9)可得:

式中,

LLC谐振变换器电路参数相同,但是分布在不同相中,对于不同相的小信号响应不完全一致,所以有:

其中,iain_llc、ibin_llc、icin_llc分别为A、B、C相H桥子单元输出电流;

步骤2、建立中压交流侧小信号模型;

步骤3、建立低压直流侧小信号模型;

步骤4、基于单级统一控制策略,建立控制环路小信号模型;

步骤5、建立MPET闭环小信号模型;

步骤6、基于闭环小信号模型推导直流侧阻抗表达式。

2.如权利要求1所述的一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,步骤2具体过程为:

对于H桥开关函数定义如下:

式中,Sa、Sb、Sc分别为A、B、C三相H桥子单元中开关管Q1、Q4的驱动信号,Sal、Sbl、Scl分别为A、B、C三相H桥子单元中开关管Q2、Q3的驱动信号;

根据基尔霍夫定律:

式中,va、vb、vc为三相电压,ia、ib、ic为三相电流,va_ab、vb_ab、vc_ab分别为A、B、C相H桥子单元a、b两点之间的电压,iain_llc、ibin_llc、icin_llc分别为A、B、C相H桥子单元输出电流;

将开关函数平均化得到连续的静止坐标系平均模型,用占空比d代替开关函数:由式(23)‑(25)得到如下方程:忽略三相直流电压波动的相位差,近似认为:公式(26)可以写成如下形式:假设(x,u)的稳态工作点是(X,U),在稳态工作点附近加小扰动信号 则有代入公式(27)、(28),忽略扰动平方项,得到相应的稳态方程和小信号方程;

其中,L表示交流侧滤波电感;

公式(19)、(20)、(21)、(31)、(32)联立求得:通过DQ变换将工频交流时变量变为直流时不变量,变换矩阵采用等幅值变换矩阵:式中,ωt为锁相环对三相电压进行锁相得到的相位信息;

公式(29)进行DQ变换得到电压源变换器DQ坐标系下的稳态方程:公式(33)进行DQ变换得到电压源变换器DQ坐标系下的小信号方程:式中,

得到MPET的中压交流侧小信号模型:

3.如权利要求1所述的一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,所述步骤3具体按照以下步骤实施:低压直流端口稳压电容节点列写节点电流方程:假设(x,u)的稳态工作点是(X,U),在稳态工作点附近加小扰动信号 则有代入公式(30),忽略扰动平方项,得到相应的稳态方程和小信号方程:根据LLC谐振变换器的小信号模型可知:公式(39)、(40)联立求得式中,N为每相子单元数量; 分别为每相子单元中LLC谐振变换器小信号模型中的谐振电流的实部; 分别为每相子单元中LLC谐振变换器小信号模型中的谐振电流的虚部;Co为子单元中LLC谐振变换器的输出稳压电容;C为公共直流母线稳压电容;为人为注入的小扰动电流信号;

公式(13)‑(18)、(41)联立求得:忽略小信号相乘二阶项,得到:利用DQ变换矩阵将公式(36)变换到DQ坐标系下得到MPET的低压直流侧小信号模型:

4.如权利要求1所述的一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,所述步骤4具体按照以下步骤实施:采用LLC谐振变换器近似谐振工作点的恒增益电压钳位功能直接控制低压直流端口电压,自动钳位H桥与LLC连接端口稳压电容上的电压,并通过电压电流双闭环控制输出电压实现单级统一控制;

所述单级统一控制,分为电压外环和电流内环控制;控制器采用比例积分控制器;控制系统在DQ坐标系下进行,获得控制环路小信号模型为:式中, 为直流侧电压目标值,通过电压外环使直流侧实际电压值趋近于目标值;

为电压外环输出的电流内环的目标值,单位功率因数 电流内环输出调制波信息。

5.如权利要求1所述的一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,所述步骤5具体按照以下步骤实施:中压交流侧与低压直流侧小信号模型通过四阶LLC小信号模型建立联系,控制系统通过目标电压和占空比与主拓扑建立联系,结合中压交流侧小信号模型、低压直流侧小信号模型和控制系统小信号模型,得到MPET闭环小信号模型:模型中各系数表达式:Md1=ωL‑0.5NB3DdDq;Md2=NA3Dd;Md3=NVdci+0.5NB3DdId;Md4=2

0.5NB3DdIq;Zd=0.5NB3Dd ;Mq1=ωL+0.5NB3DqDd;Mq2=NA3Dq;Mq3=NVdci+0.5NB3DqIq;Mq4=2

0.5NB3DqId;Zq=0.5NB3Dq ;Mdc1=1.5N(B2kr+B1ki)Dd;Mdc2=1.5N(B2kr+B1ki)Id;Mdc3=1.5N(B2kr+B1ki)Dq;Mdc4=1.5N(B2kr+B1ki)Iq;G=3N(A2kr+A1ki)。

6.如权利要求1所述的一种模块化电力电子变压器统一阻抗建模方法,其特征在于,所述步骤6具体按照以下步骤实施:步骤6.1、确定稳态工作点;

LLC谐振变换器采用定频控制,工作在近似谐振点模式,取变换器稳态增益Kv约等于n;

Vdci=VdcKv≈nVdc       (49)系统工作在单位功率因数,Q轴量为0,公式(34)求得:Dd=Vd/N/(n*Vdc)      (50)根据功率守恒,有

公式(51)求得系统稳态工作点:2

Id=2Vdc/(3RldVd)        (52)步骤6.2、低压直流端口阻抗模型根据MPET闭环小信号模型,系统工作在单位功率因数,Q轴量为0,求低压直流端口输出阻抗时,中压交流侧 视为扰动源忽略,以 为状态变量列写状态方程:以 为输出量列写输出方程:

y=Ex        (54)式中,

E=[0 1]

直流侧输出阻抗Zdc‑out为式中,I为一个2*2的单位矩阵。