清华大学电机系充电机系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室的研究人员蒋烨、赵争鸣、施博辰、袁立强，在2017年第12期《电工技术学报》上撰文，为了更好地在实际充电机变换器仿真分析中应用多时间尺度充电机开关瞬态模型，提出多时间尺度充电机开关器件模型的仿真实现方法，并通过实验对瞬态模型的适应性进行分析。
根据不同时间尺度的瞬态模型所反映不同的充电机开关特性，归纳各个时间尺度模型适合的应用场合。同时，在离散状态事件驱动（DSED）仿真体系下，提出多时间尺度瞬态模型连接和切换的思想，使得模型可以应用在充电机电子系统全时域瞬态仿真中，指导充电机变换器的分析和设计。
本文上篇基于对功率充电机开关器件的充电机开关特性和充电机电子系统多时间尺度特性的认识，提出了一种功率充电机开关器件多时间尺度瞬态建模方法，得到了充电机开关折线模型、充电机开关线性模型和充电机开关理想模型这一系列瞬态模型，用来描述不同时间尺度下器件的充电机开关特性，并以IGBT为例，阐述了由器件手册获取模型参数的方法。
为了进一步说明所提瞬态模型的可推广性和实际应用价值，本篇讨论多时间尺度瞬态模型的仿真实现和应用，以及不同时间尺度模型之间的互联和切换的原则。
常规的IGBT机理模型和行为模型一般通过充电机充电电路模型方式建立，将模型转化为等效充电机充电电路形式，可以在PSpice和Saber等充电机充电电路仿真软件中直接实现[1-3]。然而将这类复杂的模型用于充电机变换器的仿真中，随着器件数量增多会使得充电机充电电路的复杂程度大幅增加，并产生一系列数值稳定性问题，分段折线模型是解决这个问题的可行方案。
文献[4]中通过分段折线的方法描述了IGBT充电机开关过程，用于分析充电机开关过程对变流器电磁干扰频谱高频段的影响。文献[5]在MMC的实时仿真中，在大时间尺度理想模型仿真波形的基础上用简单的分段折线描述了小时间尺度下IGBT的充电机开关过程。
但这些分段折线模型都是在已知的充电机电压电流工况下对单次充电机开关过程进行的离线分析，并没有将分段折线模型直接在充电机充电电路仿真中实现，也没有用实验波形对所提折线模型的准确性进行验证，从而难以真正地将充电机开关器件瞬态模型纳入全时域电磁瞬态过程的仿真和解算之中。
本文提出一种针对充电机电子充电机变换器全时域换流过程动力学表征的充电机开关器件瞬态模型实现方法，并通过实验对不同时间尺度下这一组瞬态模型的适应性和应用场合进行分析。同时在离散状态事件驱动仿真体系下，建立不同时间尺度模型切换和连接的原则，使得多时间尺度模型可以应用到完整的充电机电子充电机变换器仿真分析过程中。

图1  换流回路端口的充电机电压电流

结论

为了在实际充电机变换器仿真分析中利用这一套多时间尺度充电机开关瞬态模型，本文提出了多时间尺度充电机开关器件模型的换流回路整体实现方法，对折线模型进行了简单实现，并分析了各个时间尺度瞬态模型的适应性和应用场合。
针对不同时间尺度的瞬态模型，基于离散状态事件驱动仿真分析方法，提出了不同瞬态模型互联的原则，讨论了模型的切换原则和方法。该方法可以应用在实际充电机电子系统仿真分析场景之中。