Equivalent Modeling Method for Fast Electromagnetic Transient of Non-isolated DC Transformers

WANG Yuhong; ZHOU Yichen; GAO Shilin; ZHANG Wei; LIAO Jianquan; ZHENG Zongsheng

doi:10.7500/AEPS20240101001

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Equivalent Modeling Method for Fast Electromagnetic Transient of Non-isolated DC Transformers

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Equivalent Modeling Method for Fast Electromagnetic Transient of Non-isolated DC Transformers
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 1, Pages: 161-171(2025)
- 作者机构：
  
  四川大学电气工程学院，四川省成都市 610000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52307127;52207126)
- DOI：10.7500/AEPS20240101001
  CLC：
- Received：01 January 2024，
  
  Revised：2024-04-04，
  
  Published Online：21 June 2024，
  
  Published：10 January 2025
- 稿件说明：
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王渝红,周奕辰,高仕林等.非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(1):161-171.

WANG Yuhong,ZHOU Yichen,GAO Shilin,et al.Equivalent Modeling Method for Fast Electromagnetic Transient of Non-isolated DC Transformers[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):161-171.
王渝红,周奕辰,高仕林等.非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(1):161-171. DOI： 10.7500/AEPS20240101001.

WANG Yuhong,ZHOU Yichen,GAO Shilin,et al.Equivalent Modeling Method for Fast Electromagnetic Transient of Non-isolated DC Transformers[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):161-171. DOI： 10.7500/AEPS20240101001.

摘要

电磁暂态仿真对于掌握直流变压器的运行特性具有重要意义，但目前的模块化变流器高速等效建模方法对非隔离型变压器较少提及。同时，现有非隔离型直流变压器电磁暂态仿真模型存在开关状态计算复杂、内部节点数多的问题，导致系统仿真效率低下。为此，提出一种基于开关状态预测和戴维南等效的非隔离型直流变压器快速电磁暂态等效建模方法。首先，提出一种非隔离型直流变压器中子模块的开关状态预测方法。其次，基于开关状态得到直流变压器桥臂的等效电路，并对其进行戴维南等效，得到桥臂的两节点等效电路模型。然后，建立自耦变压器的等效电路模型，综合桥臂和自耦变压器等效电路，获得直流变压器的等效电路，并据此建立直流变压器的节点电压方程。最后，基于高斯消元对方程进行降阶，实现非隔离型直流变压器仿真模型的内节点收缩。算例分析表明，所提非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法与传统详细建模方法精度接近，仿真效率显著提升。

Abstract

Electromagnetic transient simulation is of great significance for mastering the operating characteristics of DC transformers. However

the current high-speed equivalent modeling methods for modular converters are rarely mentioned for non-isolated transformers. Meanwhile

the existing electromagnetic transient simulation models for non-isolated DC transformers suffer from complex switch-state calculation and a large number of internal nodes

leading to low system simulation efficiency. Therefore

a fast electromagnetic transient equivalent modeling method for non-isolated DC transformers based on switch-state prediction and Thevenin equivalence is proposed. Firstly

a switch-state prediction method for submodules of non-isolated DC transformers is proposed. Secondly

based on the switch states

an equivalent circuit for the bridge arms of the DC transformer is obtained

and the Thevenin equivalence is applied to obtain the two-node equivalent circuit model of the bridge arms. Then

the equivalent circuit model of the autotransformer is established

and the equivalent circuit of the bridge arm and autotransformer is combined to obtain the equivalent circuit of the DC transformer. Based on this

the node voltage equation of the DC transformer is established. Finally

based on the Gaussian elimination

the equation is simplified to achieve the internal node reduction of the simulation model of the non-isolated DC transformer. The case study shows that the proposed equivalent modeling method for fast electromagnetic transient of non-isolated DC transformers has similar accuracy to traditional detailed modeling methods

and the simulation efficiency is significantly improved.

关键词

Keywords

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