Ein numerisch effizientes und genaues Modell zur Echtzeitsimulation von Festkörpertransformatoren unter Verwendung implizit-expliciter Integrationsverfahren

Elektromagnetische Transientenmodelle (EMT-Modelle) von leistungselektronischen Umrichtern sind für die Auslegung, Regelung und Fehleranalyse von Umrichtern unverzichtbar. In diesem Artikel wird ein auf Schaltfunktionen basierendes detailliertes Äquivalenzmodell (SFB-DEM) vorgeschlagen, das kombinierte implizite und explizite (ImEx) mehrstufige Gear-Integrationsverfahren nutzt, um eine numerisch effiziente und genaue EMT-Simulation zu ermöglichen. Das vorgeschlagene SFB-DEM vereint die Vorteile von ImEx-Lösern und zeichnet sich durch die Entkopplung der Wandlerschaltung, die Reduzierung der Knotenanzahl sowie eine konstante Knoten-Netzwerk-Leitfähigkeitsmatrix (G) im EMT-Modell aus. Die SFB-DEMs, die die ImEx-Gear-Methoden 2. und 3. Ordnung (d. h. ImEx-G2O und ImEx-G3O) verwenden, werden für die Simulation von Halbleitertransformatoren (SST) implementiert. Darüber hinaus wird eine Schaltinterpolationstechnik vorgeschlagen und in die ImEx-G2O- und ImEx-G3O-Löser integriert, um Schaltvorgänge innerhalb eines Zeitschritts zu berücksichtigen. Die vorgeschlagenen SST-SFB-DEMs beschleunigen die EMT-Simulation erheblich im Vergleich zum herkömmlichen Detailmodell (DM) und zum DEM mit variabler Leitfähigkeitsmatrix (VG-DEM). Für den SST mit 60 SMs erzielt das vorgeschlagene SFB-DEM mit der ImEx-G3O-Methode eine Beschleunigung der EMT-Simulation um das 171-Fache bzw. das 7,5-Fache im Vergleich zum DM bzw. zum VG-DEM.