專利名稱：電力電子系統(tǒng)仿真方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子系統(tǒng)仿真方法和裝置。
背景技術(shù)：
在電力電子和電力傳動系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，由于電力電子器件的開關(guān)動作，系統(tǒng)的連 續(xù)性被打破。因此，電力電子和電力傳動系統(tǒng)屬于典型的由離散子系統(tǒng)和連續(xù)子系統(tǒng)組合 而成的混合型系統(tǒng)。此外，由于系統(tǒng)中的非線性元器件(如電磁元件的飽和性)以及系統(tǒng) 設(shè)備的非線性模型(如異步電機(jī)模型)，電力電子和電力傳動系統(tǒng)通常屬于非線性系統(tǒng)。對上述非線性混合型系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，核心技術(shù)或稱作技術(shù)難點主要包括以 下二占.
I -- ^ \\\ ·1、連續(xù)子系統(tǒng)的建模與仿真；2、離散子系統(tǒng)的建模與仿真；3、電力電子設(shè)備開關(guān)動作時間(包括由觸發(fā)信號引起的開關(guān)動作和由系統(tǒng)狀態(tài) 變量的變化引起的開關(guān)動作)的精確判斷與處理。在當(dāng)前的商業(yè)軟件中，SimPowerSystem(美國Mathworks公司)和Pelcs (瑞士 Plexim公司)是兩套使用較為廣泛的電力電子和電力傳動仿真系統(tǒng)。該兩套系統(tǒng)均基于 Matlab/Simulink平臺，充分應(yīng)用了 Matlab的矩陣運算能力以及Matlab所包含的對連續(xù)子 系統(tǒng)的通用數(shù)字求解算法，能夠滿足電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真的基本要求。當(dāng)前電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真技術(shù)對上述三個核心技術(shù)難點均采取了以 下類似的的處理方法1、針對連續(xù)子系統(tǒng)的建模和仿真在對連續(xù)子系統(tǒng)的建模和仿真方面，當(dāng)前的電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真技術(shù) 通常采用Euler-Cauchy或Runge-Kutta (如0D45)數(shù)字求解器來完成。Euler-Cauchy方法 通過對函數(shù)泰勒展開式的一階近似而得，是數(shù)字仿真的基本算法。圖IA是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中 的Euler-Cauchy方法的示意圖。由于Euler-Cauchy方法僅對函數(shù)的一階泰勒展開，需要 極小的仿真步長才能滿足給定的仿真精度要求，仿真速度很慢。Rimge-Kutta方法是基于 Euler-Cauchy方法的基本思想而發(fā)展起來的更為復(fù)雜的仿真方法。圖IB是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù) 中的Rimge-Kutta方法的示意圖。該方法將積分步長均分為兩段，并采用了函數(shù)泰勒展開 式的四階近似，從而該方法能夠在采用更長的仿真步長的條件下，滿足仿真精度的要求，并 在一定程度上提高了仿真速度。但是，Rimge-Kutta方法的基本思想仍是基于對函數(shù)進(jìn)行 泰勒級數(shù)展開的方法，難以實現(xiàn)在給定仿真精度條件下仿真步長的進(jìn)一步增加和仿真速度 的進(jìn)一步提高。在近年來，Predictor-Corrector方法依靠其更高的仿真精度和仿真速度，在很多 領(lǐng)域的數(shù)字仿真應(yīng)用中逐漸(部分)取代了 Rimge-Kutta算法。然而，該算法的最大缺點 是計算過程不能“自啟動”，因此不適合包含開關(guān)動作的電力電子系統(tǒng)。2、針對離散子系統(tǒng)的建模和仿真
在對于離散子系統(tǒng)的建模和仿真上，當(dāng)前的電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真技術(shù) 均采用狀態(tài)機(jī)模型來實現(xiàn)。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變流器橋臂為四項限變流器和三相逆變 器的基本單元的示意圖。如圖2所示，變流器橋臂為四項限變流器和三相逆變器的基本單 元包括了 5種開關(guān)狀態(tài)(狀態(tài)1表示全部開關(guān)斷開)和14個開關(guān)條件。這一變流器單元， 可采用圖3所示的狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行描述。圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變流器橋臂的狀態(tài)機(jī)模型 的示意圖。 圖3中，(1)表示變流器橋臂處于截止?fàn)顟B(tài)，(2)_(5)分別代表圖2所示的變流器 橋臂的4中不同導(dǎo)通狀態(tài)。條件1:打開Tu;條件2 在k = 0的條件下關(guān)閉Tu ；條件3:uL由負(fù)變正；條件4 在Tu和Td關(guān)閉的條件下，iL由正變負(fù)或1 = 0;條件5:打開TD;條件6 在iL = 0的條件下關(guān)閉Td ；
條件 7 :uL < Ud 變?yōu)?uL > Ud ；條件8 在Tu和Td關(guān)閉的條件下，iL由負(fù)變正或1 = 0;條件9:打開Tu;條件10 在iL > 0的條件下關(guān)閉Tu ；條件11 在Td開啟的條件下，iL由正變負(fù)；條件12: iL由負(fù)變正；條件13 在k < 0的條件下關(guān)閉Td ；條件14:打開TD;條件15 在Tu開啟的條件下，iL由負(fù)變正；條件16: iL由正變負(fù)。如圖3所示，狀態(tài)機(jī)模型通過圖形方式描述了離散子系統(tǒng)(即該變流器單元)的 狀態(tài)變化關(guān)系(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化)以及相應(yīng)邊際條件。由于該模型基于圖形描述，對邊界 條件的判斷采用詢問判斷方式，無法發(fā)揮數(shù)字計算機(jī)適合對矩陣進(jìn)行高效運算的特點，計 算速度慢。此外，若將該變流器單元擴(kuò)展至一個完整機(jī)車電傳動系統(tǒng)(包含一個四項限變流 器和一個三相逆變器，共5個變流器橋臂)，若采用圖3所示的狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行描述，模型復(fù) 雜程度將呈指數(shù)形式增長，狀態(tài)數(shù)量將高達(dá)55 = 3125個，仿真運算量非常大。這一弊端， 嚴(yán)重限制了上述仿真系統(tǒng)在對大規(guī)模電力電子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級仿真研究的仿真速度。3、電力電子設(shè)備開關(guān)動作時間對由觸發(fā)信號引起的電力電子設(shè)備開關(guān)動作的處理相對比較簡單，相應(yīng)的開關(guān)時 間由控制軟件給出。而由系統(tǒng)狀態(tài)變量引起的電力電子設(shè)備關(guān)斷動時間(如二極管電流過 而引起的關(guān)斷動作時間)的精確判斷與處理則始終是電力電子系統(tǒng)仿真領(lǐng)域的難點。當(dāng)前 的電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真技術(shù)在對由系統(tǒng)狀態(tài)變量引起的關(guān)斷動時間的處理方 式均采用縮小步長和逐步逼近的方式來近似處理。例如，當(dāng)二極管電流處于士 IyA范圍 內(nèi)，則近似認(rèn)為二級管電流達(dá)到零，二極管進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。這一處理方法，所需要的計算量非常大，嚴(yán)重影響了仿真速度。根據(jù)上述分析，以下對當(dāng)前的電力電子和電力傳動系統(tǒng)級仿真技術(shù)進(jìn)行總結(jié)

1、對連續(xù)子系統(tǒng)的建模與數(shù)字求解通常采用Euler-Cauchy或Runge-Kutta方法， 在給定的仿真精度條件下仿真速度較慢，難以完成對大規(guī)模電力電子系統(tǒng)高效、高精度的 仿真任務(wù)；2、對離散子系統(tǒng)的建模與數(shù)字求解采用狀態(tài)機(jī)模型。由于該模型基于圖形描述， 對邊界條件的判斷采用詢問判斷方式，無法發(fā)揮數(shù)字計算機(jī)適合對矩陣進(jìn)行高效運算的特 點，計算速度慢。此外，該模型的復(fù)雜程度和所需的計算量將隨變流器橋臂數(shù)量的指數(shù)形式 增長，不利于對大型電力電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真。3、對由系統(tǒng)狀態(tài)變量引起的關(guān)斷動時間的處理方式均采用縮小步長和逐步逼近 的方式來近似處理。該處理方式計算量非常大，嚴(yán)重影響了仿真速度。在現(xiàn)有技術(shù)中，電力電子系統(tǒng)仿真速度較慢，對于該問題，目前尚未提出有效解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種電力電子系統(tǒng)仿真方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 電力電子系統(tǒng)仿真速度較慢的問題。 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電力電子系統(tǒng)仿真方法。本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)仿真方法包括如下步驟步驟A 使用Petri Net矩陣模型 計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；步驟B 根據(jù)所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信 息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程；步驟C 對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn) 行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。進(jìn)一步地，所述步驟C中使用Bulish-Stoer算法進(jìn)行所述求解。進(jìn)一步地，所述步驟C之后，還包括步驟D 根據(jù)步驟C中的求解結(jié)果確定仿真系 統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作信息；所述步驟D之后，返回所述步驟A，并且此時步驟A中，所述開關(guān)動作 包括仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作和仿真系統(tǒng)外部開關(guān)動作。進(jìn)一步地，所述步驟D包括對仿真系統(tǒng)的狀態(tài)空間進(jìn)行坐標(biāo)變換，使變換后的 狀態(tài)空間中的時間向量垂直于預(yù)設(shè)的邊界條件在變換前的狀態(tài)空間中確定的平面；使用 Bulish-Stoer算法，在所述坐標(biāo)變換之后的狀態(tài)空間中對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行 求解以確定所述坐標(biāo)變換后的時間向量與所述平面的交點，對求解的結(jié)果作所述坐標(biāo)變換 的反變換以確定滿足所述邊界條件的時刻；以及將所述時刻和所述時刻下的仿真系統(tǒng)的開 關(guān)動作向量作為所述內(nèi)部開關(guān)動作信息。進(jìn)一步地，所述步驟A中，使用如下公式進(jìn)行計算p(k+l) =p(k)+N-t(k)；其中，矩陣ρ表示仿真系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣N表示仿真系統(tǒng)的Petri Net特征矩陣，矩陣 t表示仿真系統(tǒng)的控制矩陣。進(jìn)一步地，所述步驟B包括根據(jù)時間順序，對所述步驟A得出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化 的列表進(jìn)行排序；根據(jù)排序之后的列表更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電力電子系統(tǒng)仿真裝置。本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)仿真裝置包括離散子系統(tǒng)計算模塊，用于使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；更新模塊，用于根據(jù)所述拓?fù)?結(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程；數(shù)字求解模塊，用于對所 述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。進(jìn)一步地，所述 數(shù)字求解模塊還用于使用Bulish-Stoer算法進(jìn)行數(shù)字求解。進(jìn)一步地，所述裝置還包括內(nèi)部開關(guān)動作計算模塊，用于根據(jù)數(shù)字求解模塊的求 解結(jié)果確定仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作信息。進(jìn)一步地，所述內(nèi)部開關(guān)動作計算模塊還用于對仿真系統(tǒng)的狀態(tài)空間進(jìn)行坐標(biāo) 變換，使變換后的狀態(tài)空間中的時間向量垂直于預(yù)設(shè)的邊界條件在變換前的狀態(tài)空間中確 定的平面；使用Bulish-Stoer算法，在所述坐標(biāo)變換之后的狀態(tài)空間中對所述連續(xù)子系統(tǒng) 的狀態(tài)方程進(jìn)行求解以確定所述坐標(biāo)變換后的時間向量與所述平面的交點，并對求解的結(jié) 果作所述坐標(biāo)變換的反變換以確定滿足所述邊界條件的時刻，以及將所述時刻和所述時刻 下的仿真系統(tǒng)的開關(guān)動作向量作為所述內(nèi)部開關(guān)動作信息。進(jìn)一步地，所述離散子系統(tǒng)計算模塊還用于使用如下公式進(jìn)行計算p(k+l) =p(k)+N-t(k)；其中，矩陣P表示仿真系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣N表示仿真系 統(tǒng)的PetriNet特征矩陣，矩陣t表示仿真系統(tǒng)的控制矩陣。進(jìn)一步地，所述更新模塊包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理模塊，用于根據(jù)時間順序，對所述離 散子系統(tǒng)計算模塊得出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的列表進(jìn)行排序；連續(xù)子系統(tǒng)狀態(tài)方程更新與管 理模塊，用于根據(jù)排序之后的列表更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，將Petri Net矩陣模型應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，提 高了仿真的速度。并且本發(fā)明還將Bulirsch-Stoer算法應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，進(jìn) 一步提高了仿真精度和仿真速度。此外，采用矩陣變換技術(shù)能夠高效準(zhǔn)確地計算電力電子 設(shè)備由系統(tǒng)狀態(tài)變量變化而導(dǎo)致的開關(guān)動作。


說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖IA是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的Euler-Cauchy方法的示意圖；圖IB是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的Runge-Kutta方法的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變流器橋臂為四項限變流器和三相逆變器的基本單元的 示意圖；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變流器橋臂的狀態(tài)機(jī)模型的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力電子系統(tǒng)仿真方法的主要步驟的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力電子系統(tǒng)仿真裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的兩電平變流器橋臂Petri Net模型的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的通過矩陣變換技術(shù)計算變流器內(nèi)部開關(guān)動作時刻的 示意圖；圖8是與本發(fā)明實施例有關(guān)的基于Richardson-Extrapolation原理的 Bulirsch-Stoer算法的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力電子仿真系統(tǒng)的一種具體結(jié)構(gòu)的示意圖10是本發(fā)明實施例中的實驗電路結(jié)構(gòu)簡圖；圖IlA和圖IlB分別是采用現(xiàn)有技術(shù)和采用本發(fā)明實施例的技術(shù)方案對圖10所 示實驗電路作仿真的結(jié)果的示意圖；圖12是與本發(fā)明相關(guān)的交流傳動電力機(jī)車牽引傳動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的示意圖；圖13A是根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)方案對圖12所示傳動系統(tǒng)進(jìn)行仿真的電流波 形；圖13B是根據(jù)圖12所示傳動系統(tǒng)的實驗結(jié)果的電流波形。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力電子系統(tǒng)仿真方法的主要步驟的流程圖，如圖4 所示，該方法主要包括如下步驟步驟A 使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變 化；步驟B 根據(jù)所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài) 方程；步驟C 對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。在步驟C中具體可以使用Bulish-Stoer算法進(jìn)行計算以提高處理速度；在步驟C 之后還可以包括步驟D 根據(jù)步驟C中的求解結(jié)果確定仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作信息。然后返 回步驟A，此時步驟A中的開關(guān)動作包括仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作和仿真系統(tǒng)外部開關(guān)動作。 內(nèi)部開關(guān)動作主要是由于系統(tǒng)狀態(tài)變量的變化例如電流過零而引起的變流器的開關(guān)動作， 外部開關(guān)動作通常指內(nèi)部開關(guān)動作之外的動作，例如向開關(guān)器件發(fā)送觸發(fā)信號引起的開關(guān) 動作。相應(yīng)于上述步驟，本發(fā)明實施例的電力電子系統(tǒng)仿真裝置的組成部分如圖5所 示，圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力電子系統(tǒng)仿真裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖5的電力電子系統(tǒng)仿真裝置50中，離散子系統(tǒng)計算模塊51用于使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；更新模塊52用于根據(jù)所述 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程；數(shù)字求解模塊53用 于對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。數(shù)字求解模 塊53在求解時具體可以使用Bulish-Stoer算法。電力電子系統(tǒng)仿真裝置50還可以包括內(nèi)部開關(guān)動作計算模塊(圖中未示出)，用 于根據(jù)數(shù)字求解模塊的求解結(jié)果確定仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作信息。以下采用圖2所示的變流器電路作為仿真系統(tǒng)，以此為例對本發(fā)明實施例的技術(shù) 方案作進(jìn)一步說明。 在本實施例的電力電子系統(tǒng)仿真中采用了基于Petri Net的矩陣模型技術(shù)。采用 這一模型，圖2所描述的變流器橋臂的狀態(tài)可用圖6所示的Petri Net模型進(jìn)行描述。圖 6是根據(jù)本發(fā)明實施例的兩電平變流器橋臂Petri Net模型的示意圖。
然而，簡單的Petri Net模型仍為圖像描述模型，與狀態(tài)機(jī)相比并無優(yōu)勢。為最大 限度的發(fā)揮出數(shù)字計算機(jī)矩陣計算優(yōu)勢，在本發(fā)明實施例中，將Petri Net模型轉(zhuǎn)化為矩陣 運算模型。在該矩陣模型中，采用一個5 X 1的矩陣ρ來描述兩電平變流器的開關(guān)狀態(tài)，該變 流器橋臂的動態(tài)特征可用一個5X 16的矩陣N來描述，輸入量采用一個16X 1的矩陣t來 描述，表示Petri Net中的變遷向量，其元素的表達(dá)式與對應(yīng)于狀態(tài)機(jī)模型中的各個條件， 以圖3為例，矩陣t的計算方法如下(式中！^和Td分別表示變流器開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)， k表 示正整數(shù))tx(k) = px(k)·p2(k)-Tv(k) ^t2(k) = p2(k)-^(k)-(Il(U)==I);t3{k) = p,{k)· p3(k) ■ (uL— (k) == 1)；t4(k) = p3(k)-p, (k) · ((iL (k) == -1) · (iL(k) == 2)) -Uk)-TD(k)；^5 (k) = P1 (k) · P4 (k) · Td (k)；t6(k) = pA(k)-Mk)<h(k)==2)； {k) = p, {k) · p5 (k) · (uL+ (k) == 1)；t,(k) = p5(k) ■ ρ,(k) ■ ((iL(k) == 1) · (iL(k) == 2)) ·Tu(U) ·Td(Jc);t9(k) = p2(k)-p3(k)-^(k) ^tw(k、= p3(k、·ρ2(k)-Tu(If) ·’tx 1 (k) = p3(k)-p4(k) · (iL(k)==-\)· Td(k)；tu(k) = p4(k)-P3(k) · (iL (k) == 1)；tl3(k) = p4(k)·p5(k)-TD(k) ^tu(k) = p5(k)·p4(k)-TD(k) ^tls (k) = p5 (k) · p2 (k) · (iL (k) == 1) · Tu (k)；tl6(k) = p2 (k) · p5 (k) · (iL(k) == -1)。這樣，該系統(tǒng)的變化關(guān)系可以通過以下矩陣運算來實現(xiàn)p(k+l) =p(k)+N*t(k)。其中，矩陣ρ表示仿真系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣N表示仿真系統(tǒng)的PetriNet特征矩陣， 矩陣t表示仿真系統(tǒng)的控制矩陣。變流器橋臂初始狀態(tài)矩陣p(0) = (10000)τ。變流器橋臂特征矩陣
'-I 1 -1 1 -1 1 -1 1 0000000 0" 1 -1 000000 -1 1 0000 1 -1^= 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 -1 -1 1 0 0 0 0
0000 1 -1 0000 1 -1 -1 1 00 ^ 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 -1 -1 1 y矩陣N是描述該變流器Petri Net特征結(jié)果的矩陣，因此稱之為變流器橋臂特征 矩陣。該矩陣中任一元素n(i，j)的定義方法為
權(quán)利要求
1.一種電力電子系統(tǒng)仿真方法，其特征在于，包括如下步驟步驟A 使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化； 步驟B:根據(jù)所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程；步驟C 對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中使用Bulish-Stoer算法進(jìn) 行所述求解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟C之后，還包括步驟D 根據(jù)步驟C中的求解結(jié)果確定仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作 fn息；所述步驟D之后，返回所述步驟A，并且此時步驟A中，所述開關(guān)動作包括仿真系統(tǒng)內(nèi)部 開關(guān)動作和仿真系統(tǒng)外部開關(guān)動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括對仿真系統(tǒng)的狀態(tài)空間進(jìn)行坐標(biāo)變換，使變換后的狀態(tài)空間中的時 間向量垂直于預(yù)設(shè)的邊界條件在變換前的狀態(tài)空間中確定的平面；使用Bulish-Stoer算 法，在所述坐標(biāo)變換之后的狀態(tài)空間中對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解以確定所述 坐標(biāo)變換后的時間向量與所述平面的交點，對求解的結(jié)果作所述坐標(biāo)變換的反變換以確定 滿足所述邊界條件的時刻；以及將所述時刻和所述時刻下的仿真系統(tǒng)的開關(guān)動作向量作為 所述內(nèi)部開關(guān)動作信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，使用如下公式進(jìn)行計算p(k+l) =p(k)+N· t(k)；其中，矩陣P表示仿真系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣N表示仿真系統(tǒng)的PetriNet特征矩陣，矩陣t表 示仿真系統(tǒng)的控制矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括 根據(jù)時間順序，對所述步驟A得出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的列表進(jìn)行排序； 根據(jù)排序之后的列表更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程。
7.一種電力電子系統(tǒng)仿真裝置，其特征在于，包括離散子系統(tǒng)計算模塊，用于使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；更新模塊，用于根據(jù)所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀 態(tài)方程；數(shù)字求解模塊，用于對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài) 變量的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字求解模塊還用于使用 Bulish-Stoer算法進(jìn)行數(shù)字求解。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括內(nèi)部開關(guān)動作計算模 塊，用于根據(jù)數(shù)字求解模塊的求解結(jié)果確定仿真系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)動作信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)部開關(guān)動作計算模塊還用于對仿真系統(tǒng)的狀態(tài)空間進(jìn)行坐標(biāo)變換，使變換后的狀態(tài)空間中的時間向量垂直于預(yù)設(shè)的邊界 條件在變換前的狀態(tài)空間中確定的平面；使用Bulish-Stoer算法，在所述坐標(biāo)變換之后 的狀態(tài)空間中對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解以確定所述坐標(biāo)變換后的時間向量 與所述平面的交點，并對求解的結(jié)果作所述坐標(biāo)變換的反變換以確定滿足所述邊界條件的 時刻，以及將所述時刻和所述時刻下的仿真系統(tǒng)的開關(guān)動作向量作為所述內(nèi)部開關(guān)動作信 肩、ο
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述離散子系統(tǒng)計算模塊還用于使 用如下公式進(jìn)行計算p(k+l) =p(k)+N-t(k)；其中，矩陣ρ表示仿真系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣 N表示仿真系統(tǒng)的PetriNet特征矩陣，矩陣t表示仿真系統(tǒng)的控制矩陣。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述更新模塊包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理模塊，用于根據(jù)時間順序，對所述離散子系統(tǒng)計算模塊得出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的變化的列表進(jìn)行排序；連續(xù)子系統(tǒng)狀態(tài)方程更新與管理模塊，用于根據(jù)排序之后的列表更新所述仿真系統(tǒng)的 連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電力電子系統(tǒng)仿真方法和裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中電力電子系統(tǒng)仿真速度較慢的問題。該方法包括使用Petri Net矩陣模型計算仿真系統(tǒng)因開關(guān)動作引起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；根據(jù)所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化的信息更新所述仿真系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程；對所述連續(xù)子系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行求解確定所述仿真系統(tǒng)的狀態(tài)變量的值。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠高效地進(jìn)行電力電子系統(tǒng)仿真。
文檔編號G06F17/50GK102096747SQ20111006687
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
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