[发明专利]基于状态变量离散化的仿真计算方法和仿真系统

说明书

本发明公开了一种基于状态变量离散化的仿真计算方法和仿真系统，其中，仿真系统包括：系统参数获取处理模块，用于在进行第k步仿真计算时，根据第k步相比于第k‑1步变化的系统输入和唯一变化状态变量获取第k步仿真计算时的状态变量矩阵；仿真数值计算模块，用于执行基于状态变量离散化的仿真计算方法；仿真控制模块，用于判断第k步仿真计算后更新的系统仿真计算当前时刻与系统仿真结束时刻的大小关系，如果大于等于，则结束仿真并输出仿真结果。由此，基于状态变量离散化的方式进行仿真计算，提高了仿真结果的准确度，实现了在仿真速度和数值稳定性方面的提高。

技术领域

本发明涉及电力电子仿真技术领域，尤其涉及一种基于状态变量离散化的仿真计算方法和仿真系统。

背景技术

目前，考虑功率半导体器件非理想模型和线路杂散参数的电力电子仿真模型具有系统复杂、不连续点多、非线性和刚性强等特点，使用传统数值计算方法(如梯形法、龙格库塔法等)时，不仅需要进行迭代或插值以判定不连续点，严重拖慢仿真速度，而且会面临严重的数值不稳定现象，算法收敛性差。所以常用的电力电子仿真软件(MATLAB、PSIM、PSpice等)在进行考虑非理想因素的电力电子系统仿真时会出现速度和收敛性的问题。

相关技术中，为解决刚性系统、临界稳定系统分析中的数值稳定性问题，E Kofman等人提出了量化状态系统的数值计算方法(QSS方法)。

然而，使用传统QSS方法(如QSS1法)进行具有强刚性的电力电子系统仿真时，由于各状态变量变化快慢差异巨大，快变量的Q函数会在上下边界不断跳变，这导致波形出现如图1(a)所示的小幅高频振荡；为加快仿真速度，往往选取较大的量化长度向量ΔQ模值，这导致仿真误差增大，仿真波形会出现如图1(b)所示的大幅低频振荡。两种振荡分别对仿真速度和仿真精度造成不利影响。所以该方法在考虑非理想因素的电力电子变换系统仿真中的仿真性能并不理想。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于状态变量离散化的仿真计算方法，该方法基于状态变量离散化的方式进行仿真计算，提高了仿真结果的准确度，实现了在仿真速度和数值稳定性方面的提高。

本发明的第二个目的在于提出一种基于状态变量离散化的仿真系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种基于状态变量离散化的仿真计算方法，包括以下步骤：在进行第k步仿真计算时，获取各状态变量导数值构成的状态变量矩阵，其中，所述各状态变量导数值根据第k-1步计算得到的各状态变量的状态变量函数的构成向量，和，根据第k步系统所有输入的构成向量获得，其中，k为大于1的正整数；判断所述各状态变量导数值的正负，并根据判断结果分别计算所述各状态变量达到下一边界所需要的各变化时间；比较所述各变化时间，确定最小变化时间；根据所述最小变化时间更新系统仿真运算当前时刻，并根据所述最小变化时间对应的唯一变化状态变量更新所述状态变量矩阵。

本发明实施例的基于状态变量离散化的仿真计算方法，通过改进的量化状态系统的数值计算方法固有的变步长性质和较小的单步计算量，使其相对传统数值算法具有速度优势，改进的量化状态系统的数值计算方法由于加入了导数限幅，等效于限制了系统刚性导致的数值高频振荡的频率，减少了计算步数，进一步提升了仿真速度，同时，由于采用量化状态系统的思想，每步计算仅改变一个状态变量函数，所以每步计算在确定模型参数的时候仅仅需要重新计算与上步计算唯一改变状态变量函数的状态变量和该步计算改变的输入值有关的参数，相对传统仿真方法减少了计算参数时的判断和计算次数，这也使仿真速度得到提升，并且能有效抑制低频振荡的幅值，在等量化长度下和传统QSS方法对比时精度较高。