固态变压器(SST)是数据中心供电架构演进中的高阶技术方向(UPS→HVDC→巴拿马电源→SST),以极致效率、高度集成及多能源枢纽能力为核心优势,通过高频隔离电力电子技术实现中压直流/交流接口,可无缝接入风光储氢等分布式能源,构建智能直流微电网。因此,在AIDC高功率密度趋势下,SST的效率与空间优势潜力显著,未来有望推动数据中心向零碳化、智能微电网演进。
固态变压器系统采用的是级联H桥+多个高频DC-DC拓扑结构,考虑级联H桥规模扩展与DC-DC高频隔离传输的双重复杂性,传统实时仿真方法面临三大核心挑战:单台仿真器算力瓶颈、 高频动态特性精准复现、跨设备数据高速交互。
面对这些仿真技术挑战,远宽能源针对性地提出了创新的解决方案:通过多仿真器并行架构与高频DC-DC精准建模技术相结合,既破解了单台设备仿真复杂系统的算力瓶颈,又实现了高频信号的高精度还原,能够适配10kV/35kV等不同电压等级下的固态变压器系统仿真测试。
通过将固态变压器系统解耦为级联H桥整流级与高频DAB单元组,分别下载至两台仿真器:仿真器A运行级联H桥模型(以受控电流源替代DAB,反馈每个子模块电容电压),仿真器B运行高频DAB模型(以受控电压源替代H桥,反馈每个DAB单元直流电流);双方通过高速Fiberlink光纤实现电压/电流信号的微秒级交互,并依托专用时钟同步线确保两台仿真设备时钟同步,构建高保真固态变压器控制器硬件在环测试平台。
对于单台仿真器资源受限的问题,采用多仿真器并行仿真,在系统直流侧解耦后通过光纤实现电气量的低延迟抗干扰传输,并由时钟同步线保证时钟同步,实现固态变压器系统的整体精确仿真。
充分利用FPGA并行性与混合高精度建模技术,保证每个DAB变换器相关模型仿真步长在50ns仿真步长量级,大幅提高高频DAB的仿真精度。
基于光纤的高速数据交互和严格时钟同步架构,为高压多级联H桥、大规模DAB的能源路由器仿真提供底层支撑,保障系统可扩展性。
实时仿真得到的网侧三相电压与三相电流的波形幅值与质量均与Simulink离线仿真结果吻合,验证了该方法的固态变压器系统实时仿真方案可行性与结果正确性。
实时仿真得到的A相各子模块电容电压波形、纹波及平衡特性,与Simulink离线仿真结果吻合,验证了固态变压器系统及其等效分割方法在实时环境下的正确性。
DAB采用双移相控制,实时仿真电流波形、幅值与拐点与simulink离线仿真均基本一致。
测试
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