序言
前言
第1章緒論1
11電力電子變壓器的發展前景1
12電力電子變壓器的典型應用4
121拓撲類型4
122工程應用與樣機研制7
123風光儲並網繫統應用9
13電磁暫態仿真的發展現狀13
131仿真技術現狀13
132仿真平臺現狀15
參考文獻17
第2章PET電磁暫態等效建模需求與現狀21
21典型換流器戴維南等效模型分析21
211等效建模原理22
212加速原因分析25
22PET電磁暫態仿真需求及瓶頸26
221離線加速仿真26
222實時低耗仿真27
23PET建模和仿真研究現狀28
231離線加速仿真28
232實時低耗仿真31
24本章小結33
參考文獻33
第3章基於參數轉換的PET等效建模方法37
31變壓器模型的建立37
311雙繞組變壓器模型37
312多繞組變壓器模型39
313飽和特性的模擬40
32基於參數轉換的DAB型PET等效參數獲取41
321DAB伴隨電路構建41
322Y參數矩陣獲取42
323短路電流列向量獲取47
324PET二端口等效模型49
325內部信息反解更新51
電力電子變壓器電磁暫態建模與仿真目錄 33等效建模方法的適用性擴展52
331SAB型PET的等效建模53
332CHB-DAB型PET的等效建模58
34仿真驗證62
341仿真精度測試62
342加速比測試63
35本章小結64
參考文獻64
第4章基於高頻鏈端口解耦的PET等效建模方法66
41基於Ward等值的模塊等效電路獲取66
411復雜單端口功率模塊66
412CHB-DAB功率模塊68
42基於高頻鏈端口解耦的PET等效模型構建71
421CHB-DAB高頻鏈端口解耦模型71
422PET高頻鏈端口解耦模型74
43仿真驗證76
431仿真精度測試76
432加速比測試77
44本章小結78
參考文獻79
第5章PET等效模型並行加速仿真方法80
51多線程OpenMP工作原理80
52MAB等效模型構建81
521相間CHB-AQAB82
522相內CHB-AQAB86
53等效模型並行化處理及加速效果分析89
531並行化處理方法89
532並行加速效果分析91
54仿真及實驗驗證92
541相間CHB-AQAB仿真驗證92
542相內CHB-AQAB仿真驗證96
543相間CHB-AQAB實驗驗證101
55本章小結103
參考文獻104
第6章PET電磁暫態仿真步長的優化選取105
61仿真步長對仿真誤差的影響分析105
611相對方均根誤差105
612復頻域離散導納相對誤差108
62仿真步長對數值穩定的影響分析112
621多端口等效模型112
622高頻鏈端口解耦模型115
63仿真步長選取方法116
64本章小結118
參考文獻118
第7章PET等效模型閉鎖及死區工況模擬119
71閉鎖工況模擬119
711基本原理119
712兩種閉鎖模式等效121
713閉鎖功能集成方式123
714算法適用性分析124
715仿真驗證124
72死區工況模擬128
721開關死區等效128
722仿真驗證132
73本章小結134
參考文獻135
第8章PET簡化電磁暫態等效建模方法136
81DAB簡化等效模型136
811連續時域狀態方程的建立136
812基於傅裡葉分解的簡化等效模型138
82CHB-DAB簡化等效模型141
821H橋等效處理方法141
822CHB-DAB型PET簡化等效模型141
83等效建模方法適用性擴展143
831MAB簡化等效模型143
832CHB-MAB型PET簡化等效模型146
84仿真驗證148
841不同頻率下仿真精度測試149
842不同工況下仿真精度測試151
843加速比測試152
85本章小結152
參考文獻153
第9章考慮開關死區效應的PET平均值建模方法154
91DAB平均值建模方法154
911等效電路化簡154
912電流平均化處理155
92CHB-DAB平均值建模161
921H橋建模161
922CHB-DAB型PET平均值建模163
93仿真驗證165
931仿真精度測試165
932加速比測試167
94本章小結167
參考文獻168
第10章PET電磁暫態實時低耗等效建模方法169
101實時低耗等效建模方法169
1011基於有限導納存儲的低內存占用EMT解算172
1012電磁暫態等效算法的矩陣表達173
1013基於緊湊型計算邏輯的低延時仿真框架175
102實時仿真硬件實現177
1021數據格式177
1022矩陣-向量乘法的實現177
1023多模塊分組並行的流水線設計178
103仿真驗證179
1031仿真環境179
1032仿真精度測試180
1033硬件資源消耗測試181
104本章小結183
參考文獻183
附錄184
附錄AMMC戴維南等效模型主要程序184
附錄B雙半橋子模塊MMC等效模型主要程序185
附錄CCHB-DAB功率模塊等效參數計算過程186

電力電子變壓器(power electronic transformer, PET)也稱固態變壓器，是柔性變電站和高頻隔離型電能路由器的核心設備，將在直流配電網和風、光、儲等新能源並網中發揮電能變換的紐帶作用，更好地服務於以新能源為主體的新型電力繫統建設。同時，電磁暫態離線與實時仿真可準確描述較大範圍時間尺度的繫統暫穩態特性，已成為PET控制器設計、樣機研制及繫統特性分析的必要手段，受到國內外學者廣泛關注。
PET具有單模塊拓撲復雜、模塊連接方式多樣、模型節點數量大、開關頻率高等特點，受當前CPU計算速率及實時仿真硬件條件限zhi，其詳細模型面臨電磁暫態“離線仿真效率極低、實時仿真規模極小”的瓶頸，無法滿足學術和工程需求。
本研究團隊趙成勇教授和許建中教授分別於2017年和2019年出版專著《模塊化多電平換流器直流輸電建模技術》和《架空線路柔性直流電網故障分析與處理》，較為繫統地闡述了經典的半橋和全橋型模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)及多端口MMC的通用電磁暫態等效建模方法。在此基礎上，本書聚焦於PET微秒級電磁暫態離線效率及實時仿真規模提升兩大難題，總結了團隊近年來相關理論探索與技術實踐成果。第1章概述了PET的發展前景、典型應用及電磁暫態仿真的發展現狀。第2章作為本書的研究出發點，通過類比MMC戴維南等效建模過程，論證了大容量PET建模和仿真面臨的迫切需求與主要瓶頸。第3~7章從PET離線加速仿真角度，介紹了基於參數轉換和基於高頻鏈端口解耦的等效建模方法及並行加速仿真技術，並給出了仿真步長選取和閉鎖、死區工況的模擬方法。第8、9章介紹了適用於大規模PET繫統級仿真的簡化電磁暫態等效建模方法和考慮開關死區效應的平均值建模方法。第10章在前述PET等效建模方法及離線仿真工作的基礎上，對實時仿真所需內存、計算時鐘、硬件資源等方面進行優化，提出了適用於大容量PET實時仿真的低耗等效建模方法。
本書由許建中、高晨祥和趙成勇共同撰寫，第1、2、8、9章由許建中完成，第3~5、10章由高晨祥完成，第6、7章由趙成勇完成。全書由許建中統稿。第4~9章部分內容參考了丁江萍的碩士學位論文以及博士生馮謨可，碩士生鄭聰慧、徐婉瑩、孫昱昊、王曉婷和王晗玥的研究工作。同時，在本書撰寫和校核過程中，還得到了團隊博士生夏仕偉、顧卓寧和王嘉驥，碩士生郭臨洪、林丹穎、付樂融和蘇浩天的大力支持。在此對上述同學表示感謝，他們的工作在很大程度上保證了本書的按時出版。
特別感謝加拿大工程院院士、IEEE Fellow、RTDS公司副總裁張益博士，RTDS公司丁輝博士和石祥花博士，國網智能電網研究院有限公司宋潔瑩、於弘洋和劉宗燁工程師，英國卡迪夫大學梁軍教授，丹麥科技大學李根副教授，加拿大曼尼托巴大學趙桓鋒博士，中國科學院電工研究所李子欣研究員和張航博士，哈爾濱工業大學李彬彬教授和韓林潔博士等對本書研究工作的指導與幫助。感謝新能源電力繫統國家重點實驗室對本書出版工作的支持。同時，在本書撰寫過程中，作者參閱了大量國內外書籍及論文，主要的已列入本書各章的參考文獻中，在此向這些文獻的作者及團隊表示衷心的感謝。
本書的研究工作得到了國家自然科學基金面上項目“海上風電場群電磁暫態等效建模與內部特性反演方法”(52277094)和北京市自然科學基金面上項目“高頻隔離型模塊組合換流器的電磁暫態等效仿真通用建模方法研究”(3222059)的聯合資助，在此表示感謝！
PET建模與仿真方面的研究近年來受到持續關注，國產化電力繫統電磁暫態仿真平臺的迅速崛起也推動了其發展進程，本書僅反映了團隊在PET離線及實時仿真方面的主要進展，難免掛一漏萬，並且受作者水平和學術視野限制，書中難免存在許多不足甚至錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。

作者