[发明专利]一种城轨供电系统数字孪生的多物理域仿真设计方法

权利要求书

1.一种城轨供电系统数字孪生的多物理域仿真设计方法，其特征在于，包括：

根据城轨供电系统各组成层级和各关键设备所涉及的物理域，分析设备的各物理域之间、组成层级的各物理域之间以及设备、层级之间的物理域的耦合特性，依据城轨供电系统多物理域建模的需求构建城轨供电系统多物理域的多层级模型；

确定所述多层级模型的多物理域耦合仿真的输入和输出参数，利用所述输入和输出参数在各层级的仿真模型中分别进行多物理域耦合仿真，实现系统级的多物理域求解。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述城轨供电系统多物理域的多层级模型中，以器件级、设备级、站所级和系统级四个层级划分多物理域建模仿真的对象，确定多物理域耦合仿真的输入参数包括电气参数、热参数、几何参数和控制参数，输出状态包括电气状态、温度状态、结构状态和控制状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据设备或器件的自身特点确定多物理域耦合仿真所采用的模型类型，该模型类型包括：电气模型、热学模型、几何模型和控制模型；

根据仿真软件所提供的多物理域组件库创建各层级多物理域组件和模型，根据实际城轨供电系统的结构利用多物理域组件库的各层级组件，分别搭建器件级、设备级、站所级和系统级四个层级的仿真模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

在各层级的仿真模型分别进行耦合仿真，在系统级的仿真模型中进行电气仿真，在设备级的仿真模型中进行多物理域耦合仿真，若设备级多物理域耦合作用对电气参数产生影响，则根据设备级多物理域仿真结果对系统级电气仿真进行反馈和跟踪，最终实现系统级的多物理域求解。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根据设备级多物理域仿真结果对系统级电气仿真进行反馈和跟踪，最终实现系统级的多物理域求解，包括：

对系统级进行潮流仿真计算，得到各站所及设备的端口稳态电气状态，以系统级计算得到的端口结果，作为设备级仿真的初始电气边界条件，基于设备多物理域模型进行多物理域状态的求解，根据仿真参数及系统级计算的电气边界条件，基于设备电气模型及控制模型，计算设备内部的开关变化及电压电流状态，进而求解变流器的电损耗，将变流器的电损耗作为热模型的仿真输入条件；

根据计算得到的损耗量和历史环境条件参数，对变流器的温度变化进行求解，三维热域模型的求解方法为：根据对象的实际结构、几何模型及环境特点，设定环境温度、热源热量、材料属性及边界类型相关参数：建立包含传导换热、对流换热传热方式下的三维热模型；

其中传导换热模型为:

其中：u＝u(t,x,y,z)表示温度，是时间变量t与空间变量(x,y,z)的函数；δu/δt是空间中温度对时间的变化率；uxx,uyy与uzz是温度对三个空间坐标轴的二次导数；k是热扩散率；

对流换热模型为:

其中，λ为换热系数(W/(m·℃))，ρ为物质密度，C_P为定压比热容，Φ为对流传热速率，q_v为内部热源强度；

求得设备温度后，根据热电性关系反校正电气参数，对电气计算进行迭代更新，得到多物理域下的稳态解，最终实现系统级的多物理域求解。