[发明专利]面向电力电子系统瞬态仿真的时间尺度分层自动机方法

权利要求书

1.一种面向电力电子系统瞬态仿真的时间尺度分层自动机方法，其特征在于，将电力电子系统建模为时间尺度分层自动机，由上层大时间尺度自动机和下层开关瞬态自动机构成；其中上层大时间尺度自动机描述电力电子系统在开关器件处于导通或关断两种稳态时的状态和行为，下层开关瞬态自动机描述电力电子系统在开关器件处于开通或关断瞬态过程中的状态和行为；利用事件驱动解算方法对时间尺度分层自动机进行解算；

所述上层大时间尺度自动机由连续状态运行模式和离散开关事件构成；

连续状态运行模式将电力电子系统功率开关器件视为导通或关断状态，分别用小电阻和开路对开关器件建模，并用公式(1)所示状态方程描述系统行为：

式中，t为时间，x为系统的独立状态变量，u为系统输入变量，k为连续状态运行模式的编号，f_k为第k个连续状态运行模式所对应的状态方程；

离散开关事件代表连续状态运行模式的切换，上层大时间尺度自动机中的每个离散开关事件都由一个对应的下层开关瞬态自动机表征；

所述下层开关瞬态自动机由瞬态过程起始事件、瞬态过程连续状态和瞬态过程结束事件构成；

瞬态过程起始事件由上层大时间尺度自动机中的离散开关事件触发，将系统模型由上层大时间尺度自动机切换到下层开关瞬态自动机运行；

瞬态过程连续状态用一组代数方程表征

式中，i_s是开关瞬态过程中的主动开关流经的电流，v_s是开关瞬态过程中的主动开关两端的电压，i_D是开关瞬态过程中的被动开关流经的电流，v_D是开关瞬态过程中的被动开关两端的电压，g₁(t)、g₂(t)、g₃(t)和g₄(t)是相应的代数表达式；

瞬态过程结束事件由最后一个瞬态过程连续状态的结束触发，将系统模型由下层开关瞬态自动机切换到上层大时间尺度自动机运行。

2.根据权利要求1所述的面向电力电子系统瞬态仿真的时间尺度分层自动机方法，其特征在于，所述瞬态过程连续状态分为阶段1至阶段6，每个阶段用一组代数方程表征，在SiC MOSFET等效电路中具体如下：

阶段1：

其中，i_d为SiC MOSFET的管电流，在SiC MOSFET组成的变换电路中等价于公式(2)中的i_s；v_ds为SiC MOSFET的管电压，在SiC MOSFET组成的变换电路中等价于公式(2)中的v_s；i_D和v_D是二极管的电流和电压，即公式(2)中被动开关的电流和电压；V_DC为直流母线电压，I_o为负载电流；

阶段2：

其中，t₁为阶段1结束时间，L_stray为回路杂散电感，a₁₂、b₁₂、c₁₂为拟合系数；

阶段3：

其中，t₂为阶段2结束时间，t₃为阶段3结束时间；

阶段4：

其中，v_ds(t₂)为v_ds在t₂时刻的大小，a₃₄、b₃₄、c₃₄为拟合系数；

阶段5：

其中，t₄为阶段4结束时间，t₅为阶段5结束时间，I_OS为电流振荡幅值，α_on为电流振荡衰减系数，ω_on为电流振荡频率，V_miller为米勒电压，V_th为导通阈值电压；

阶段6：

其中，t₆为阶段6结束时间，R_ds(on)为SiC MOSFET开通瞬态过程结束时刻的导通电阻。