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清華大學電機系充電機系統及發電設備安全控制和仿真國家重點實驗室的研究人員蔣燁、趙爭鳴、施博辰、袁立強，在2017年第12期《電工技術學報》上撰文，為了更好地在實際充電機變換器仿真分析中應用多時間尺度充電機開關瞬態模型，提出多時間尺度充電機開關器件模型的仿真實現方法，并通過實驗對瞬態模型的適應性進行分析。
根據不同時間尺度的瞬態模型所反映不同的充電機開關特性，歸納各個時間尺度模型適合的應用場合。同時，在離散狀態事件驅動（DSED）仿真體系下，提出多時間尺度瞬態模型連接和切換的思想，使得模型可以應用在充電機電子系統全時域瞬態仿真中，指導充電機變換器的分析和設計。
本文上篇基于對功率充電機開關器件的充電機開關特性和充電機電子系統多時間尺度特性的認識，提出了一種功率充電機開關器件多時間尺度瞬態建模方法，得到了充電機開關折線模型、充電機開關線性模型和充電機開關理想模型這一系列瞬態模型，用來描述不同時間尺度下器件的充電機開關特性，并以IGBT為例，闡述了由器件手冊獲取模型參數的方法。
為了進一步說明所提瞬態模型的可推廣性和實際應用價值，本篇討論多時間尺度瞬態模型的仿真實現和應用，以及不同時間尺度模型之間的互聯和切換的原則。
常規的IGBT機理模型和行為模型一般通過充電機充電電路模型方式建立，將模型轉化為等效充電機充電電路形式，可以在PSpice和Saber等充電機充電電路仿真軟件中直接實現[1-3]。然而將這類復雜的模型用于充電機變換器的仿真中，隨著器件數量增多會使得充電機充電電路的復雜程度大幅增加，并產生一系列數值穩定性問題，分段折線模型是解決這個問題的可行方案。
文獻[4]中通過分段折線的方法描述了IGBT充電機開關過程，用于分析充電機開關過程對變流器電磁干擾頻譜高頻段的影響。文獻[5]在MMC的實時仿真中，在大時間尺度理想模型仿真波形的基礎上用簡單的分段折線描述了小時間尺度下IGBT的充電機開關過程。
但這些分段折線模型都是在已知的充電機電壓電流工況下對單次充電機開關過程進行的離線分析，并沒有將分段折線模型直接在充電機充電電路仿真中實現，也沒有用實驗波形對所提折線模型的準確性進行驗證，從而難以真正地將充電機開關器件瞬態模型納入全時域電磁瞬態過程的仿真和解算之中。
本文提出一種針對充電機電子充電機變換器全時域換流過程動力學表征的充電機開關器件瞬態模型實現方法，并通過實驗對不同時間尺度下這一組瞬態模型的適應性和應用場合進行分析。同時在離散狀態事件驅動仿真體系下，建立不同時間尺度模型切換和連接的原則，使得多時間尺度模型可以應用到完整的充電機電子充電機變換器仿真分析過程中。

圖1  換流回路端口的充電機電壓電流

結論

為了在實際充電機變換器仿真分析中利用這一套多時間尺度充電機開關瞬態模型，本文提出了多時間尺度充電機開關器件模型的換流回路整體實現方法，對折線模型進行了簡單實現，并分析了各個時間尺度瞬態模型的適應性和應用場合。
針對不同時間尺度的瞬態模型，基于離散狀態事件驅動仿真分析方法，提出了不同瞬態模型互聯的原則，討論了模型的切換原則和方法。該方法可以應用在實際充電機電子系統仿真分析場景之中。