[發明專利]基于狀態變量離散化的仿真計算方法和仿真系統

有效

• 申請號: 201710147113.8
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107025335B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 檀添;趙爭鳴;李帛洋;袁立強;陳凱楠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種基于狀態變量離散化的仿真計算方法和仿真系統，其中，仿真系統包括：系統參數獲取處理模塊，用于在進行第k步仿真計算時，根據第k步相比于第k?1步變化的系統輸入和唯一變化狀態變量獲取第k步仿真計算時的狀態變量矩陣；仿真數值計算模塊，用于執行基于狀態變量離散化的仿真計算方法；仿真控制模塊，用于判斷第k步仿真計算后更新的系統仿真計算當前時刻與系統仿真結束時刻的大小關系，如果大于等于，則結束仿真并輸出仿真結果。由此，基于狀態變量離散化的方式進行仿真計算，提高了仿真結果的準確度，實現了在仿真速度和數值穩定性方面的提高。

技術領域

本發明涉及電力電子仿真技術領域，尤其涉及一種基于狀態變量離散化的仿真計算方法和仿真系統。

背景技術

目前，考慮功率半導體器件非理想模型和線路雜散參數的電力電子仿真模型具有系統復雜、不連續點多、非線性和剛性強等特點，使用傳統數值計算方法(如梯形法、龍格庫塔法等)時，不僅需要進行迭代或插值以判定不連續點，嚴重拖慢仿真速度，而且會面臨嚴重的數值不穩定現象，算法收斂性差。所以常用的電力電子仿真軟件(MATLAB、PSIM、PSpice等)在進行考慮非理想因素的電力電子系統仿真時會出現速度和收斂性的問題。

相關技術中，為解決剛性系統、臨界穩定系統分析中的數值穩定性問題，E Kofman等人提出了量化狀態系統的數值計算方法(QSS方法)。

然而，使用傳統QSS方法(如QSS1法)進行具有強剛性的電力電子系統仿真時，由于各狀態變量變化快慢差異巨大，快變量的Q函數會在上下邊界不斷跳變，這導致波形出現如圖1(a)所示的小幅高頻振蕩；為加快仿真速度，往往選取較大的量化長度向量ΔQ模值，這導致仿真誤差增大，仿真波形會出現如圖1(b)所示的大幅低頻振蕩。兩種振蕩分別對仿真速度和仿真精度造成不利影響。所以該方法在考慮非理想因素的電力電子變換系統仿真中的仿真性能并不理想。

發明內容

本發明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。

為此，本發明的第一個目的在于提出一種基于狀態變量離散化的仿真計算方法，該方法基于狀態變量離散化的方式進行仿真計算，提高了仿真結果的準確度，實現了在仿真速度和數值穩定性方面的提高。

本發明的第二個目的在于提出一種基于狀態變量離散化的仿真系統。

為了實現上述目的，本發明第一方面實施例提出的一種基于狀態變量離散化的仿真計算方法，包括以下步驟：在進行第k步仿真計算時，獲取各狀態變量導數值構成的狀態變量矩陣，其中，所述各狀態變量導數值根據第k-1步計算得到的各狀態變量的狀態變量函數的構成向量，和，根據第k步系統所有輸入的構成向量獲得，其中，k為大于1的正整數；判斷所述各狀態變量導數值的正負，并根據判斷結果分別計算所述各狀態變量達到下一邊界所需要的各變化時間；比較所述各變化時間，確定最小變化時間；根據所述最小變化時間更新系統仿真運算當前時刻，并根據所述最小變化時間對應的唯一變化狀態變量更新所述狀態變量矩陣。

本發明實施例的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，通過改進的量化狀態系統的數值計算方法固有的變步長性質和較小的單步計算量，使其相對傳統數值算法具有速度優勢，改進的量化狀態系統的數值計算方法由于加入了導數限幅，等效于限制了系統剛性導致的數值高頻振蕩的頻率，減少了計算步數，進一步提升了仿真速度，同時，由于采用量化狀態系統的思想，每步計算僅改變一個狀態變量函數，所以每步計算在確定模型參數的時候僅僅需要重新計算與上步計算唯一改變狀態變量函數的狀態變量和該步計算改變的輸入值有關的參數，相對傳統仿真方法減少了計算參數時的判斷和計算次數，這也使仿真速度得到提升，并且能有效抑制低頻振蕩的幅值，在等量化長度下和傳統QSS方法對比時精度較高。