[发明专利]一种基于微观和宏观描述的变换器多尺度建模方法

权利要求书

1.一种基于微观和宏观描述的变换器多尺度建模方法，其特征在于：该方法适用于电力电子变换器，根据元器件模型，推导具备多尺度与多物理场接口的元器件模型库，用于反映物理场因素作用下电力电子变换器的微观信息，其包括以下步骤：

1)选取变换器拓扑结构和辅助电路，分析变换器需要观测的尺度，将尺度范畴分为宏观尺度、控制策略尺度和微观尺度三种；

2)确定研究需要展开的层次，并根据类型从元器件库选取多尺度元器件模型；

所述多尺度元器件模型包括：多尺度电阻模型、多尺度电感模型、多尺度电容模型和多尺度半导体开关元器件模型；其中，所述多尺度电阻模型含有温度与应力接口，所述多尺度电感模型含有温度、应力与电场接口，所述多尺度电容模型含有温度、应力与磁场接口，所述多尺度半导体开关元器件模型含有温度、电场、磁场与应力接口，所有模型均具备统一的多尺度模型表达式结构：

V＝V_{1_cir}+I_{1_con}+Δ_{1_cir/con}+(V_{2_con}+I_{2_mat}+I_{2_cir}+Δ_{2_con/mat}+Δ_{2_con/cir})+(V_{3_mat}+I_{3_phy}+I_{3_con}+Δ_{3_mat/phy}+Δ_{3_mat/con})+(V_{4_phy}+I_{4_mat}+Δ_{4_phy/mat})

式中，V代表电气参量，角标数字代表层级，I代表相邻尺度的影响，Δ代表相邻尺度的耦合因素；V_{1_cir}是电路层参数，V_{2_con}是元器件层参数，V_{3_mat}是材料属性层参数，V_{4_phy}是多物理场层参数；I_{2_cir}是电路层对元器件层的影响因素，I_{1_con}、I_{3_con}分别是元器件层对电路层和材料属性层的影响因素，I_{2_mat}、I_{4_mat}分别是多物理场层对元器件层和材料属性层的影响因素，I_{3_phy}是多物理场层对材料属性层的影响因素；Δ_{1_cir/con}是电路层与元器件层之间的耦合项，Δ_{2_con/mat}是元器件层与材料属性层之间的耦合项，Δ_{2_con/cir}是元器件层与电路层之间的耦合项，Δ_{3_mat/phy}是材料属性层与多物理场层之间的耦合项，Δ_{3_mat/con}是材料属性层与元器件层之间的耦合项，Δ_{4_phy/mat}是多物理场层与材料属性层之间的耦合项；

3)根据变换器运行环境进行物理场的选取，环境因素单一添加单个物理场，复杂观测环境则添加多个物理场进行耦合分析；

4)确定研究方式，具体分为长时间稳态、短时间瞬态，作为微观尺度与宏观尺度相互独立的的基准模拟环境；

5)选取多尺度观测的元器件与节点，分别设置一致性观测点和可靠性观测点，并根据需求设置变换器的误差调整率δ；

6)通过一致性观测点和可靠性观测点判断宏观尺度与设定基准值的计算误差，当宏观尺度的误差大于步骤5)中设置的误差调整率δ时，切换微观尺度进行计算，利用所得结果修正宏观尺度的参数，完成尺度间数据转换。

2.根据权利要求1所述的一种基于微观和宏观描述的变换器多尺度建模方法，其特征在于：在步骤1)中，所述宏观尺度是指通过电力电子元器件对电能进行变换和控制的电力电子技术；所述控制策略尺度是电路层测量信号的响应，用于产生微观尺度元器件层的触发信号；所述微观尺度具体分为三层，包括元器件层、材料属性层和多物理场层。

3.根据权利要求1所述的一种基于微观和宏观描述的变换器多尺度建模方法，其特征在于：在步骤3中)，根据应用环境选取添加温度场、电场、磁场、机械应力场中的一个或多个物理场进行组合，通过材料属性的变化改变元器件的内部参数，实现物理场与机理模型层的连接。