[发明专利]一种用于计算刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的方法

说明书

本发明公开了一种用于计算刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的方法，该方法能够通过整数倍地变换步长，避免在变换步长时进行的额外计算，并且能够通过插值的方法准确得到离散事件发生时刻的系统状态，不需要进行额外迭代计算，从而提高整体解算效率，与成熟的ode15s方法相比，效率提升了60倍以上。利用该方法，能够实现刚性电力电子系统的高效仿真，为系统可靠性分析以及系统整体设计提供重要工具。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体地涉及一种用于计算刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的方法。

背景技术

如今电力电子系统应用逐渐广泛，已经渗透到智能电网、新能源发电、电力牵引等各个领域，并起到了关键作用。而电力电子系统中的杂散参数对系统的可靠性影响很大，经常引起系统内部的高频振荡以及电磁干扰等一系列问题。因此，对包含了杂散参数的电力电子系统的设计与评估尤为重要，是实际应用中不可缺少的环节。然而，这类系统呈现刚性特性，是一类不易解算的问题，需要高效的刚性算法进行解算。同时，该算法需要兼容电力电子系统的混杂特性，即同时包含连续变化与开关带来的离散事件。目前已有的算法都忽略了后者，并没有针对电力电子系统特点进行算法优化。

发明目的

本发明的目的旨在于提供一种用于计算刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的方法，该方法不仅具有解算刚性系统的能力，并且结合了针对混杂特性提出的离散事件驱动机制，能够更加高效实现刚性电力电子系统的解算，从而为系统的仿真提供有效工具，为可靠性分析、系统参数设计提供重要支撑。

发明内容

本发明提供了一种用于计算刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的方法，其中，所述刚性电力电子系统指包含了杂散参数的电力电子系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据所述电力电子系统拓扑，生成描述所述电力电子系统动态特性的状态方程，在开关事件的发生时刻，即电力电子开关动作时，进行初始化过程，该初始化过程包括初始化解算步长h为初始步长h₀，将解算阶数k设置为1，并根据所述电力电子系统的拓扑信息更新解算系统所需的矩阵A；

步骤2：使用初始步长h₀进行数值积分，计算完毕后，判断所计算的当前步长h_t的值是否能够达到误差容限，根据判断，得到下一步的解算步长h_t+1,具体是通过将最佳步长h_opt与当前步长h_t进行比较，其中h_opt由(1)式计算得到：

其中ε代表可接受的误差容限，代表k阶差分计算；

如果h_opt2h_t，那么下一步采用h_t+1＝m h_t进行计算，其中m为h_opt与h_t比值向下取整计算而得到，反之，则保持原有解算步长h_t；

步骤3：移动到下一个时间点进行数值积分，重复步骤2，直到时间点超过下一个开关事件发生时刻t_next；

步骤4：使用当前步长h_t进行数值积分，并通过线性插值计算出t_next时刻的数值；

步骤5：针对每两个开关事件之间都执行步骤1-4，即可解算整个时间过程中的系统动态变化，从而实现了刚性电力电子系统的离散状态事件驱动的计算。

优选地，所述刚性电力电子系统是一个支持双向能量流动的电力电子变压器，功率为2MW，包含四个端口，分别为低压交流LVAC端口、高压交流HVAC端口、低压直流LVDC端口和高压直流HVDC端口；