[发明专利]一种基于多回路法的场路瞬态-瞬态耦合仿真方法

说明书

一种基于多回路法的场路瞬态‑瞬态耦合仿真方法，包括以下步骤：1）、依照电机的有限元模型，根据多回路理论，建立电机的多回路模型，如下（1）～（6）：2）通过调用有限元模型，在每一个系统仿真步长中，利用电机电磁场有限元模型求解每一个绕组、包括阻尼回路的自感、互感参数，然后将该参数返回到电机多回路模型中，对电机及外电路模型进行迭代求解，实现在系统仿真中耦合有限元多回路模型的联合仿真。本发明提供了一种有效适用于多个有限元模型场合、提升收敛性能的基于多回路法的场路瞬态‑瞬态耦合仿真方法。

技术领域

本发明涉及一种电机的场路耦合方法。

背景技术

现代功率电力电子系统中，电机是主要的发电与用电设备之一。为了在设计、分析、优化等各个阶段，对系统进行精确模拟，必须在系统仿真过程中建立详细可靠的电机模型。由于电机的结构、材料会对系统的谐波、负载、瞬变等特性产生影响，因此需要建立电机的电磁场模型耦合到系统仿真器中进行联合仿真。

目前通用的场路耦合算法有两种，一种是直接耦合算法，这种算法将电路模型耦合到电机有限元方程中进行求解，因此只能实现一个电机有限元模型与系统电路的耦合仿真。另一种是间接耦合，通过将有限元模型集成到系统电路中实现瞬态-瞬态联合仿真。目前这种方法通用的算法是采用戴维南法和诺顿法。戴维南法将电机的每个绕组等效成一个恒压源与阻抗模型，通过时步算法实时调用电压与阻抗参数实现联合仿真。诺顿法则将电机等效成恒流源与电导参数模型，并进行实时迭代计算。

诺顿法与戴维南法其物理原理非常简单，也是电路分析中最常见的等效技术，因此在联合仿真中得到广泛应用。但是由于引进了激励源（电压源/电流源），当系统中包含多个有限元模型时，系统电路求解时容易造成由于该激励源变化引起的数值计算不收敛问题，尤其是当有限元模型端子之间存在相互连接的情况时，这中情况尤为明显。而这样的应用场合又是目前系统中普遍存在的情况，例如在三级无刷交流发电系统中，励磁机的输出电压直接供给给主发电机的励磁绕组。因此目前现有技术的瞬态-瞬态联合仿真主要局限于单个电机有限元模型与系统电路的联合仿真。

发明内容

为了克服已有的电机场路耦合方法的不能适用于多个有限元模型场合、收敛性能较差的不足,本发明提供了一种有效适用于多个有限元模型场合、提升收敛性能的基于多回路法的场路瞬态-瞬态耦合仿真方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多回路法的场路瞬态-瞬态耦合仿真方法，包括以下步骤：

1）、依照电机的有限元模型，根据多回路理论，建立电机的多回路模型，如下（1）～（6）：

其中，B为摩擦系数，J为转动惯量，i_L为阻尼绕组电流，i_W为电机绕组电流，M为绕组互感，θ为转子位置，R_B为阻尼条电阻，T_em为电磁转矩，T_L为负载转矩，ω为电机转速，ψ_L为阻尼绕组磁链，ψ_W为电机绕组磁链；

2）通过调用有限元模型，在每一个系统仿真步长中，利用电机电磁场有限元模型求解每一个绕组、包括阻尼回路的自感、互感参数，然后将该参数返回到电机多回路模型中，对电机及外电路模型进行迭代求解，实现在系统仿真中耦合有限元多回路模型的联合仿真。

进一步，所述步骤2）中，采用有限元模型进行电感参数的求解如下：

2.1）首先根据上一时刻各绕组激励，求解电机内地电磁场分布和电磁转矩，求解完成后，保持定转子铁芯各三角单元中的相对磁导率值不变；