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申请/专利权人：国网山东省电力公司青岛供电公司

摘要：一种T型三电平变流器储能系统电磁暂态的仿真方法及仿真器，方法包括建立T型三电平变流器的状态空间模型；转化为谐波域模型；建立蓄电池系统模型，计算相应参数矩阵并进行预存储，完成仿真初始化工作；在单次仿真循环中，更新蓄电池的电量和电压，计算T型三电平变流器的直流电压，计算开关函数的各阶傅里叶系数，并更新相应的矩阵元素，更新系统的输入量；计算下一时刻系统的各谐波分量的值；将系统的各谐波分量的值转化为相应状态量的瞬时值，并记录；返回，完成当次循环；并存储。循环执行，直至仿真结束。本发明能够在不损失计算精度的前提下增大仿真步长，提高T型变流器储能系统的整体仿真效率。

主权项：1.一种T型三电平变流器储能系统电磁暂态的仿真方法，其特征在于，包括下列步骤：1利用开关函数构建时域下T型三电平变流器的状态空间模型；所述的状态空间模型包括：各相滤波电容电压ucx、各相网侧电流igx、各相端口电流iox、电容差模电压udm、各相端口电压uox、各相滤波电容电压uox和各相网侧电压ugx共10个状态变量；各相桥臂开关信号sxt、各相中性点开关信号、直流电压、各相网侧电压共10个输入信号；电容C1、C2的电压uc1、uc2和电流ic1、ic2；电池电流、各相网侧电流共4个输出信号；所述T型三电平变流器的状态方程为： 式中，的含义为nxt为各相中性点开关信号，sxt为各相桥臂开关信号，uc1、uc2和ic1、ic2分别为电容C1、C2的电压和电流，udm为电容差模电压，idm为电容差模电流；L1f和L2f、Cf分别为滤波电感和滤波电容；uox、ucx、ugx分别为各相端口电压、各相滤波电容电压和各相网侧电压；iox、igx分别为各相端口电流，各相网侧电流；2利用谐波状态空间法，根据所述T型三电平变流器的状态方程，建立T型三电平变流器的谐波域方程： 式中，信号xht、rh分别是状态量和系统输入量的各谐波分量组成的无限维向量，根据研究所需进行谐波截断，取有限次数；xht＝[…,x-k,…,x0,…,xk,…]T3rh＝[…,r-k,…,r0,…,rk,…]T4H＝AT-Q，AT是对状态方程中的系统进行傅里叶级数分解得到的Toeplitz矩阵，用于进行卷积运算，其具体形式为： Q是反应频率信息的对角矩阵，形式如下：Q＝diag…,-jkω1I,…,O,…,jkω1I,…6式中，I表示单位矩阵，O表示零矩阵，ω1为系统的基波角频率；谐波域方程对应的系统稳态解为xht∞＝-H-1rh，若要求取方程非稳态下的解，将xh视作随时间变化的动态相量，在一个足够小的时间段内，即一个仿真步长Δt内，H,rh均视为常量，一阶线性微分方程组3对应的解为： 式中，eH为矩阵指数函数，xht0是xht在t0时刻的值；3T型三电平变流器系统仿真初始化，具体如下：3.1T型三电平变流器系统的初始化：设定仿真的最大谐波次数hmax，系统AT中各子矩阵的具体形式可通过对时域方程中的系统矩阵进行傅里叶分解得到： 式中，除外，其余矩阵元素均为常量，可以进行预存储以提高效率；系统输入量rh的子向量通过对方程中的系统输入量进行傅里叶分解得到，其子向量的具体形式为： 式中，*表示取共轭，其余分量的子向量的具体形式为： 3.2蓄电池系统的初始化：蓄电池通用等效电路模型，使用一个可控电压源Vb加内阻Rb的模型，可控电压源公式为： 式中，特征参数A，B，K，公式如下： 3.3仿真基本参数初始化：设置仿真时长为Tmax，仿真步长为Δt；4系统更新环节仿真从T＝0时刻开始，系统更新环节包括三个部分：电池电量和电压的更新、系统调制量的更新、系统输入量的更新；假设此时仿真已经完成了第i-1时刻的计算，得到系统各谐波分量的值为xi-1，仿真进行到第i时刻；4.1电池电量和电压的更新如下列式：Qi＝Qi-1-idci-1Δt14Qdi＝Qdi-1+idci-1Δt15式中，Qi为当前时刻的电池电量，Qi-1为上一时刻的电池电量，Qdi为当前时刻电池的累计放电量，Qdi-1为上一时刻电池的累计放电量，idci-1为上一时刻电池的放电电流，之后，按下式计算当前时刻的特征参数Ki 和蓄电池电压 式中，Vbi为当前时刻的电池电压，Vbi-1为上一时刻的电池电压，则T型三电平变流器的输入直流电压为：Udci＝kdcVbi-Rb·idci-1，kdc为DC-DC变换器的升压比，是一常量；4.2系统调制量和输入量的更新：三电平变流器控制系统给出Ti-1到Ti时间段的调制函数nt，利用傅里叶分解公式59计算调制量的各阶次傅里叶系数n0、n1、…、nk，并更新子矩阵A0、A1、…、Ak中相应元素的值，得到第i时刻的系统矩阵Hi。 三电平变流器控制系统给出Ti-1到Ti时间段的开关函数st，利用傅里叶分解公式60计算调制量的各阶次傅里叶系数s0、s1、…、sk，同时更新直流侧电压Udci、交流侧电压ugx1和相应子向量r0、r1、…、rk的值，得到第i时刻的系统输入量rhi 5计算环节：基于阶跃响应解析式48计算第i时刻的系统稳态值之后按下式计算第i时刻的系统各谐波分量的值6数据记录环节：计算并存储各状态量的瞬时值，公式如下： 式中，xi为变流器各状态量的瞬时值，ω1为基波角频率，T为当前仿真时刻，Re表示取实部；7当iTmax时，令i＝T+Δt，返回步骤4；当iTmax时，进入下一步；8仿真结束。

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