本申請涉及電力電子與電機系統,特別涉及一種事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法及裝置。
背景技術:
1、電力電子與電機系統是現代電力工程和自動化技術中的重要組成部分,它們在能源轉換、傳輸和控制方面發揮著關鍵作用。在工業自動化、電動汽車、可再生能源系統、家用電器以及許多其他領域,電力電子與電機系統都有著廣泛的應用。電力電子與電機系統的整體化設計與多學科協同優化為工業界和學術界都提出了巨大的挑戰,為了研究該系統中多學科相互影響的復雜行為,高效準確的數值仿真方法和平臺是必不可少的工具。
2、相關技術中,電力電子系統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天然具有混合特性,既有連續狀態變量又有離散事件的共存,傳統的基于時間離散和仿真的方法難以適應大規模電力電子系統的仿真需求,導致實用性和適用性較低。
技術實現思路
1、本申請提供一種事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法及裝置,以解決相關技術中相關技術中傳統的離散狀態事件驅動建模方法無法解算電力電子與電機系統多種類型系統的仿真需求,導致實用性和適用性較低等問題。
2、本申請第一方面實施例提供一種事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,所述電力電子與電機系統包括電氣系統、機械系統、流體系統和熱系統,其中,所述方法包括:識別所述機械系統、流體系統和熱系統的至少一個物理系統對應的元件和元件間的拓撲結構;對所述元件和元件間的拓撲結構基于能量不變性等效處理轉換成對應電氣系統的電路模型;根據所述轉換后的電氣系統的電路模型和電路模型對應的狀態變量生成所述電力電子與電機系統的數學模型;基于所述電力電子與電機系統的數學模型對所述物理系統進行事件驅動的仿真得到仿真結果。
3、可選地,所述對所述元件和元件間的拓撲結構基于能量不變性等效處理轉換成對應電氣系統的電路模型,包括:若所述電力電子與電機系統的類型為機械系統,則對所述機械系統中速度、力、彈性系數、阻尼系數、質量、位移、動量和變速箱進行基于能量不變性等效處理,得到對應的所述電氣系統的電壓、電流、電感、電導、電容、電壓脈沖、電荷量和變壓器;若所述電力電子與電機系統的類型為熱系統,則對所述熱系統中溫度、熱流、熱阻和熱容的進行基于能量不變性等效處理,得到對應的所述電氣系統的電壓、電流、電阻和電容;若所述電力電子與電機系統的類型為流體系統,則對所述流體系統中壓強、流量、容積和管道阻力進行基于能量不變性等效處理,得到對應的所述電氣系統的電壓、電流、電荷和電阻。
4、可選地,根據所述轉換后的電氣系統的電路模型和電路模型對應的狀態變量生成所述電力電子與電機系統的數學模型,包括:識別所述轉換后的電氣系統的電路模型中的受控源;基于所述受控源將不同系統的拓撲結構相連生成目標拓撲結構,并根據目標拓撲結構和電路模型對應的狀態變量生成對應的電力電子與電機系統的數學模型。
5、可選地,所述所述電力電子與電機系統的數學模型的狀態方程為:
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是電力電子與電機多學科系統的狀態變量,y是電力電子與電機多學科系統的輸出變量,u是電力電子與電機多學科系統的輸入變量,a是電力電子與電機多學科系統的狀態矩陣,b是電力電子與電機多學科系統的輸入矩陣,c是輸出變量的狀態矩陣,d是輸出變量的輸入矩陣,下標e,ag,bh分別表示電氣、類比、行為模型相關變量/矩陣,i表示獨立源,p表示受控源,gag和ge是輸出變量至受控源的映射函數。
12、可選地,所述基于所述電力電子與電機系統的數學模型對所述物理系統進行事件驅動的仿真得到仿真結果,包括:根據所述至少一個事件狀態修改所述數學模型的狀態方程和輸出方程得到輸出值;根據所述輸出方程和所述拓撲關系計算受控源數值;根據所述輸出值和所述受控源數值確定仿真結果。
13、可選地,所述事件包括狀態事件、控制事件和被動事件。
14、本申請第二方面實施例提供一種事件驅動的電力電子與電機系統的建模仿真裝置,所述電力電子與電機系統包括電氣系統、機械系統、流體系統和熱系統,其中,所述裝置包括:識別模塊,用于識別所述機械系統、流體系統和熱系統的至少一個物理系統對應的元件和元件間的拓撲結構;轉換模塊,用于對所述元件和元件間的拓撲結構基于能量不變性等效處理轉換成對應電氣系統的電路模型;生成模塊,用于根據所述轉換后的電氣系統的電路模型和電路模型對應的狀態變量生成所述電力電子與電機系統的數學模型;仿真模塊,用于基于所述電力電子與電機系統的數學模型對所述物理系統進行事件驅動的仿真得到仿真結果。
15、本申請第三方面實施例提供一種電子設備,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行的計算機程序,所述處理器執行所述程序,以實現如上述實施例所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法。
16、本申請第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質,其上存儲有計算機程序,該程序被處理器執行,以用于實現如上述實施例所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法。
17、本申請第五方面實施例提供一種計算機程序產品,計算機程序被執行時,以用于實現如上述實施例的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法。
18、由此,本申請至少具有如下有益效果:
19、本申請實施例的事件驅動的電力電子與電機系統多學科建模仿真方法通過等效法和行為模型法實現了多學科多物理系統的整體建模,并通過電路元件實現了各物理系統之間的連接,解決了傳統的離散狀態事件驅動建模方法無法解算電力電子與電機系統多學科系統,從而使得狀態離散事件驅動方法可以解算電力電子與電機多學科系統,適用性和實用性較高,并且采用事件驅動機制,提高了電力電子與電機系統多學科系統的解算效率。
20、本申請附加的方面和優點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,或通過本申請的實踐了解到。
1.一種事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,所述電力電子與電機系統包括電氣系統、機械系統、流體系統和熱系統,其中,所述方法包括:
2.根據權利要求1所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,所述對所述元件和元件間的拓撲結構基于能量不變性等效處理轉換成對應電氣系統的電路模型,包括:
3.根據權利要求1所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,根據所述轉換后的電氣系統的電路模型和電路模型對應的狀態變量生成所述電力電子與電機系統的數學模型,包括:
4.根據權利要求3所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,所述電力電子與電機系統的數學模型的狀態方程為:
5.根據權利要求1所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,所述基于所述電力電子與電機系統的數學模型對所述物理系統進行事件驅動的仿真得到仿真結果,包括:
6.根據權利要求1所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法,其特征在于,所述事件包括狀態事件、控制事件和被動事件。
7.一種事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真裝置,其特征在于,所述電力電子與電機系統包括電氣系統、機械系統、流體系統和熱系統,其中,所述裝置包括:
8.一種電子設備,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行的計算機程序,所述處理器執行所述程序,以實現如權利要求1-6任一項所述的事件驅動的電力電子與電機系統建模仿真方法。
9.一種計算機可讀存儲介質,其上存儲有計算機程序,其特征在于,該程序被處理器執行,以用于實現如權利要求1-6任一項所述的事件驅動電力電子與電機系統建模仿真方法。
10.一種計算機程序產品,包括:計算機程序或指令,其特征在于,所述計算機程序或指令被執行時,以實現權利要求1-6任一項所述的事件驅動電力電子與電機系統建模仿真方法。