基于能量流图的电力电子系统可视化设计与分析

顾小程 赵争鸣 冯高辉 李 婧

（清华大学电机系 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室 北京 100084）

基于能量流图的电力电子系统可视化设计与分析

顾小程 赵争鸣 冯高辉 李 婧

（清华大学电机系 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室 北京 100084）

电力电子系统通过功率半导体器件的开关控制来实现电磁能量的高效变换，提高系统的变换能力和可靠性是其终极目标。尝试以系统中的能量及能量流为状态变量进行建模，建立变换系统的能流模型，可视化并直观地描述电力电子变换系统电磁能量的分布和传递情况。以较复杂的多端口组合式电力电子变换器为例，建立“能流”的基本概念，设计构建能流图拓扑并给出可视化设计方法，结合科学计算可视化技术设计静态和动态界面，构建了一种基于能量流图分析方法的电力电子变换器系统设计和分析平台。仿真和实验结果表明，能量流图分析方法能有效地表征电力电子系统大时间尺度的换流过程。

电力电子系统 能流拓扑 可视化

0 引言

随着电力电子系统容量越来越大，其能量变换的特征越来越明显。电力电子系统通过功率半导体器件的开关控制来实现电磁能量的高效变换，瞬态开关特性使得电磁能量产生快速变化。由于能量变换遵循能量守恒和能量不能突变的原理，这种电磁能量快速变化将在器件中产生很大的电应力（如di/dt和dv/dt）。如果器件参数选择和装置设计不当，这种电应力就会对电力电子器件和装置的能量变换产生很大影响，轻者影响输出波形，重者损坏整个装置。……