[发明专利]基于电力电子系统状态方程稀疏性的仿真方法及装置

说明书

本申请涉及电力电子系统仿真技术领域，特别涉及一种基于电力电子系统状态方程稀疏性的仿真方法及装置，其中，方法包括：基于并联电容和串联电感，将待求解电力电子系统划分为多个子电力电子系统；由多个子电力电子系统得到与每个子电力电子系统对应的块矩阵，并获取每个块矩阵的块稀疏信息；以及利用每个块矩阵的块稀疏信息优化待求解电力电子系统仿真中状态方程的更新和数值积分，生成待求解电力电子系统的仿真结果。本申请实施例可以基于电力电子系统的拓扑特点，挖掘状态方程系数矩阵的稀疏特性，从而在仿真计算中减少方程更新和数值积分两方面的计算量，并适用于多种数值积分方法，在有效提升仿真效率的同时，提高了通用性和实用性。

技术领域

本申请涉及电力电子系统仿真技术领域，特别涉及一种基于电力电子系统状态方程稀 疏性的仿真方法及装置。

背景技术

相关技术中，大规模电力电子装置已经成为现代电网中极为重要的组成部分，尤其是 与昂贵的实验验证相比，基于电力电子系统的数学模型，使用离线仿真软件进行仿真分析， 从而辅助拓扑和控制的设计已经成为越来越多的研究者的选择。

然而，相关技术中，大规模电力电子系统的数学模型维数很高，随着规模增大，求解 计算量会非线性上升，增加了计算耗时，从而降低仿真效率，尤其是包含杂散参数的电力 电子系统，数学模型呈现刚性性质，需要使用隐式数值积分方法求解，仿真求解仍然存在 性能问题，对大规模电力电子系统的仿真耗时极长。部分方法通过将大规模系统的数学模 型进行降阶简化来加速计算，但是仿真精度受到影响，通用性和实用性均较低，亟待改进。

发明内容

本申请提供一种基于电力电子系统状态方程稀疏性的仿真方法及装置，以解决相关技 术中电力电子系统在仿真求解时，没有基于拓扑特点挖掘状态方程系数矩阵的稀疏特性， 无法与不同的数值积分方法相结合，实用性单一，对大规模电力电子系统的仿真耗时极长， 或者仿真精度不足，通用性较低，无法满足用户的使用需求等技术问题。

本申请第一方面实施例提供一种基于电力电子系统状态方程稀疏性的仿真方法，包括 以下步骤：基于并联电容和串联电感，将待求解电力电子系统划分为多个子电力电子系统； 由所述多个子电力电子系统得到与每个子电力电子系统对应的块矩阵，并获取每个块矩阵 的块稀疏信息；以及利用所述每个块矩阵的块稀疏信息优化所述待求解电力电子系统仿真 中状态方程的更新和数值积分，生成所述待求解电力电子系统的仿真结果。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于并联电容和串联电感，将待求解电力电 子系统划分为多个子电力电子系统，包括：构建所述待求解电力电子系统的状态空间模型； 基于所述求解电力电子系统的拓扑结构，对所述拓扑结构的并联电容处和串联电感处进行 系统划分，得到所述多个子电力电子系统。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述由所述多个子电力电子系统得到与每个子电 力电子系统对应的块矩阵，并获取每个块矩阵的块稀疏信息，包括：将所述状态空间模型 的每个系数矩阵划分为多个块矩阵，并根据所述多个子电力电子系统之间的连接关系确定 所述每个块矩阵的稀疏性质。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用所述每个块矩阵的块稀疏信息优化所述 待求解电力电子系统仿真中状态方程的更新和数值积分，生成所述待求解电力电子系统的 仿真结果，包括：以预设排序策略对所述多个子电力电子系统进行排序，得到所述每个子 电力电子系统的实际次序；按照所述每个子电力电子系统的实际次序使用隐式数值积分方 法对所述状态空间模型进行数值积分求解，得到求解结果，并利用所述每个块矩阵的稀疏 性质优化所述求解结果，得到所述仿真结果。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述状态空间模型为：

其中，x表示系统的状态变量，所述状态变量由电容电压和电感电流构成；u表示系统 的输入变量，所述所输入变量由电压源和电流源构成；y表示系统的输出变量，A、B、C 和D均表示系数矩阵。