本申請涉及電力電子與電機(jī)系統(tǒng)，特別涉及一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、電力電子與電機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)代電力工程和自動(dòng)化技術(shù)中的重要組成部分，它們在能源轉(zhuǎn)換、傳輸和控制方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在工業(yè)自動(dòng)化、電動(dòng)汽車、可再生能源系統(tǒng)、家用電器以及許多其他領(lǐng)域，電力電子與電機(jī)系統(tǒng)都有著廣泛的應(yīng)用。電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的整體化設(shè)計(jì)與多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都提出了巨大的挑戰(zhàn)，為了研究該系統(tǒng)中多學(xué)科相互影響的復(fù)雜行為，高效準(zhǔn)確的數(shù)值仿真方法和平臺是必不可少的工具。

2、相關(guān)技術(shù)中，電力電子系統(tǒng)的仿真常面臨速度慢、收斂性差的問題，這是由于電力電子系統(tǒng)天然具有混合特性，既有連續(xù)狀態(tài)變量又有離散事件的共存，傳統(tǒng)的基于時(shí)間離散和仿真的方法難以適應(yīng)大規(guī)模電力電子系統(tǒng)的仿真需求，導(dǎo)致實(shí)用性和適用性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法及裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中相關(guān)技術(shù)中傳統(tǒng)的離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)建模方法無法解算電力電子與電機(jī)系統(tǒng)多種類型系統(tǒng)的仿真需求，導(dǎo)致實(shí)用性和適用性較低等問題。

2、本申請第一方面實(shí)施例提供一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)，其中，所述方法包括：識別所述機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的至少一個(gè)物理系統(tǒng)對應(yīng)的元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對所述元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于能量不變性等效處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電氣系統(tǒng)的電路模型；根據(jù)所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；基于所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對所述物理系統(tǒng)進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的仿真得到仿真結(jié)果。

3、可選地，所述對所述元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于能量不變性等效處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電氣系統(tǒng)的電路模型，包括：若所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的類型為機(jī)械系統(tǒng)，則對所述機(jī)械系統(tǒng)中速度、力、彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)、質(zhì)量、位移、動(dòng)量和變速箱進(jìn)行基于能量不變性等效處理，得到對應(yīng)的所述電氣系統(tǒng)的電壓、電流、電感、電導(dǎo)、電容、電壓脈沖、電荷量和變壓器；若所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的類型為熱系統(tǒng)，則對所述熱系統(tǒng)中溫度、熱流、熱阻和熱容的進(jìn)行基于能量不變性等效處理，得到對應(yīng)的所述電氣系統(tǒng)的電壓、電流、電阻和電容；若所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的類型為流體系統(tǒng)，則對所述流體系統(tǒng)中壓強(qiáng)、流量、容積和管道阻力進(jìn)行基于能量不變性等效處理，得到對應(yīng)的所述電氣系統(tǒng)的電壓、電流、電荷和電阻。

4、可選地，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括：識別所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型中的受控源；基于所述受控源將不同系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連生成目標(biāo)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)目標(biāo)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成對應(yīng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

5、可選地，所述所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程為：

6、

7、

8、ye＝cexe+de_iue_i+cag_puag_p+cbh_pubh_p

9、yag＝cagxag+dag_iuag_i+ce_pue_p+cbh_pubh_p，

10、其中，x＝{xe,xag},y＝{ye,yag}，uag_p＝gag(yag),ue_p＝ge(ye)，

11、ubh＝gbh(ybh)＝gbh(h(s)xin(s)+f(xin))，其中，x是電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)的狀態(tài)變量，y是電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)的輸出變量，u是電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)的輸入變量，a是電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，b是電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)的輸入矩陣，c是輸出變量的狀態(tài)矩陣，d是輸出變量的輸入矩陣，下標(biāo)e，ag，bh分別表示電氣、類比、行為模型相關(guān)變量/矩陣，i表示獨(dú)立源，p表示受控源，gag和ge是輸出變量至受控源的映射函數(shù)。

12、可選地，所述基于所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對所述物理系統(tǒng)進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的仿真得到仿真結(jié)果，包括：根據(jù)所述至少一個(gè)事件狀態(tài)修改所述數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程和輸出方程得到輸出值；根據(jù)所述輸出方程和所述拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算受控源數(shù)值；根據(jù)所述輸出值和所述受控源數(shù)值確定仿真結(jié)果。

13、可選地，所述事件包括狀態(tài)事件、控制事件和被動(dòng)事件。

14、本申請第二方面實(shí)施例提供一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的建模仿真裝置，所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)，其中，所述裝置包括：識別模塊，用于識別所述機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的至少一個(gè)物理系統(tǒng)對應(yīng)的元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換模塊，用于對所述元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于能量不變性等效處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電氣系統(tǒng)的電路模型；生成模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；仿真模塊，用于基于所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對所述物理系統(tǒng)進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的仿真得到仿真結(jié)果。

15、本申請第三方面實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

16、本申請第四方面實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

17、本申請第五方面實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)，以用于實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

18、由此，本申請至少具有如下有益效果：

19、本申請實(shí)施例的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)多學(xué)科建模仿真方法通過等效法和行為模型法實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科多物理系統(tǒng)的整體建模，并通過電路元件實(shí)現(xiàn)了各物理系統(tǒng)之間的連接，解決了傳統(tǒng)的離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)建模方法無法解算電力電子與電機(jī)系統(tǒng)多學(xué)科系統(tǒng)，從而使得狀態(tài)離散事件驅(qū)動(dòng)方法可以解算電力電子與電機(jī)多學(xué)科系統(tǒng)，適用性和實(shí)用性較高，并且采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，提高了電力電子與電機(jī)系統(tǒng)多學(xué)科系統(tǒng)的解算效率。

20、本申請附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)，其中，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，所述對所述元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于能量不變性等效處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電氣系統(tǒng)的電路模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，所述基于所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對所述物理系統(tǒng)進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的仿真得到仿真結(jié)果，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法，其特征在于，所述事件包括狀態(tài)事件、控制事件和被動(dòng)事件。

7.一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真裝置，其特征在于，所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)，其中，所述裝置包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的事件驅(qū)動(dòng)電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括：計(jì)算機(jī)程序或指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序或指令被執(zhí)行時(shí)，以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的事件驅(qū)動(dòng)電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及電力電子與電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種事件驅(qū)動(dòng)的電力電子與電機(jī)系統(tǒng)建模仿真方法及裝置，其中，方法包括：識別所述機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的至少一個(gè)物理系統(tǒng)對應(yīng)的元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對所述元件和元件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于能量不變性等效處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電氣系統(tǒng)的電路模型；根據(jù)所述轉(zhuǎn)換后的電氣系統(tǒng)的電路模型和電路模型對應(yīng)的狀態(tài)變量生成所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；基于所述電力電子與電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對所述物理系統(tǒng)進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的仿真得到仿真結(jié)果。由此，解決相關(guān)技術(shù)中相關(guān)技術(shù)中傳統(tǒng)的離散狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)建模方法無法解算電力電子與電機(jī)系統(tǒng)多種類型系統(tǒng)的仿真需求，導(dǎo)致實(shí)用性和適用性較低等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：賈圣鈺,施博辰,趙爭鳴,袁立強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21