充電機(jī)功率開(kāi)關(guān)器件多時(shí)間尺度瞬態(tài)模型2-應(yīng)用分析與模型互聯(lián)
2017-7-16 10:05:49??????點(diǎn)擊：
清華大學(xué)電機(jī)系充電機(jī)系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員蔣燁、趙爭(zhēng)鳴、施博辰、袁立強(qiáng)，在2017年第12期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為了更好地在實(shí)際充電機(jī)變換器仿真分析中應(yīng)用多時(shí)間尺度充電機(jī)開(kāi)關(guān)瞬態(tài)模型，提出多時(shí)間尺度充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件模型的仿真實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)瞬態(tài)模型的適應(yīng)性進(jìn)行分析。
根據(jù)不同時(shí)間尺度的瞬態(tài)模型所反映不同的充電機(jī)開(kāi)關(guān)特性，歸納各個(gè)時(shí)間尺度模型適合的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)，在離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)（DSED）仿真體系下，提出多時(shí)間尺度瞬態(tài)模型連接和切換的思想，使得模型可以應(yīng)用在充電機(jī)電子系統(tǒng)全時(shí)域瞬態(tài)仿真中，指導(dǎo)充電機(jī)變換器的分析和設(shè)計(jì)。
本文上篇基于對(duì)功率充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件的充電機(jī)開(kāi)關(guān)特性和充電機(jī)電子系統(tǒng)多時(shí)間尺度特性的認(rèn)識(shí)，提出了一種功率充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件多時(shí)間尺度瞬態(tài)建模方法，得到了充電機(jī)開(kāi)關(guān)折線模型、充電機(jī)開(kāi)關(guān)線性模型和充電機(jī)開(kāi)關(guān)理想模型這一系列瞬態(tài)模型，用來(lái)描述不同時(shí)間尺度下器件的充電機(jī)開(kāi)關(guān)特性，并以IGBT為例，闡述了由器件手冊(cè)獲取模型參數(shù)的方法。
為了進(jìn)一步說(shuō)明所提瞬態(tài)模型的可推廣性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本篇討論多時(shí)間尺度瞬態(tài)模型的仿真實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，以及不同時(shí)間尺度模型之間的互聯(lián)和切換的原則。
常規(guī)的IGBT機(jī)理模型和行為模型一般通過(guò)充電機(jī)充電電路模型方式建立，將模型轉(zhuǎn)化為等效充電機(jī)充電電路形式，可以在PSpice和Saber等充電機(jī)充電電路仿真軟件中直接實(shí)現(xiàn)[1-3]。然而將這類(lèi)復(fù)雜的模型用于充電機(jī)變換器的仿真中，隨著器件數(shù)量增多會(huì)使得充電機(jī)充電電路的復(fù)雜程度大幅增加，并產(chǎn)生一系列數(shù)值穩(wěn)定性問(wèn)題，分段折線模型是解決這個(gè)問(wèn)題的可行方案。
文獻(xiàn)[4]中通過(guò)分段折線的方法描述了IGBT充電機(jī)開(kāi)關(guān)過(guò)程，用于分析充電機(jī)開(kāi)關(guān)過(guò)程對(duì)變流器電磁干擾頻譜高頻段的影響。文獻(xiàn)[5]在MMC的實(shí)時(shí)仿真中，在大時(shí)間尺度理想模型仿真波形的基礎(chǔ)上用簡(jiǎn)單的分段折線描述了小時(shí)間尺度下IGBT的充電機(jī)開(kāi)關(guān)過(guò)程。
但這些分段折線模型都是在已知的充電機(jī)電壓電流工況下對(duì)單次充電機(jī)開(kāi)關(guān)過(guò)程進(jìn)行的離線分析，并沒(méi)有將分段折線模型直接在充電機(jī)充電電路仿真中實(shí)現(xiàn)，也沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)波形對(duì)所提折線模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，從而難以真正地將充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件瞬態(tài)模型納入全時(shí)域電磁瞬態(tài)過(guò)程的仿真和解算之中。
本文提出一種針對(duì)充電機(jī)電子充電機(jī)變換器全時(shí)域換流過(guò)程動(dòng)力學(xué)表征的充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件瞬態(tài)模型實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同時(shí)間尺度下這一組瞬態(tài)模型的適應(yīng)性和應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行分析。同時(shí)在離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)仿真體系下，建立不同時(shí)間尺度模型切換和連接的原則，使得多時(shí)間尺度模型可以應(yīng)用到完整的充電機(jī)電子充電機(jī)變換器仿真分析過(guò)程中。
圖1 換流回路端口的充電機(jī)電壓電流
結(jié)論
為了在實(shí)際充電機(jī)變換器仿真分析中利用這一套多時(shí)間尺度充電機(jī)開(kāi)關(guān)瞬態(tài)模型，本文提出了多時(shí)間尺度充電機(jī)開(kāi)關(guān)器件模型的換流回路整體實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)折線模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，并分析了各個(gè)時(shí)間尺度瞬態(tài)模型的適應(yīng)性和應(yīng)用場(chǎng)合。
針對(duì)不同時(shí)間尺度的瞬態(tài)模型，基于離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)仿真分析方法，提出了不同瞬態(tài)模型互聯(lián)的原則，討論了模型的切換原則和方法。該方法可以應(yīng)用在實(shí)際充電機(jī)電子系統(tǒng)仿真分析場(chǎng)景之中。
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