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申请/专利权人：上海交通大学

摘要：一种基于恒导纳开关模型的并网逆变器系统分数步仿真方法，该方法首先基于改进的电磁暂态仿真算法对整个并网逆变器系统电路进行离散化建模，系统中电力电子开关即采用恒导纳模型；然后，进一步基于小步合成原理及分数步长的配置情况，计算相应参数矩阵并进行预存储，完成仿真初始化工作；最后，在仿真主循环中，不断根据开关动作情况更新计算指令序列，并依照该序列进行一系列对应不同分数步长的小步合成计算迭代，循环往复，直至仿真完成。该方法采用分数步长以精确定位开关动作时刻，从而可支持大步长数十微秒级仿真，同时保证足够的仿真准确性。实例分析表明，本发明可在保证仿真准确性的前提下支持系统大步长仿真，从而能有效降低离线仿真时间，还能提升仿真效率以及实时仿真性能。

主权项：1.一种基于恒导纳开关模型的并网逆变器系统分数步仿真方法，其特征在于，包括下列步骤：1基于改进的电磁暂态仿真算法对整个并网逆变器系统的电路进行离散化建模，系统中电力电子开关采用恒导纳模型；2基于小步合成原理及分数步长的配置情况，计算相应参数矩阵并进行预存储，完成仿真初始化工作；3在单次仿真循环中，根据调制波信号更新所有开关状态，并结合开关动作情况获取相应操作指令，记录以开关动作分隔的各段时间区间对应的开关状态向量、区间操作指令，得到开关状态序列、区间操作指令序列；4在步骤3基础上，基于开关状态序列、区间操作指令序列，进行一系列不同分数步长下的小步合成计算迭代，完成当次循环；5返回步骤3，进入下一个仿真循环，直到仿真结束；所述的步骤1的具体内容为：所述的恒导纳开关模型分别用小电感Lsw和小电容Csw来表示开关的导通和关断状态，以采用后向欧拉法进行离散化为例，开关支路在导通、关断两种状态下的等效导纳相等，即： 式中，Ysw为开关的等效支路导纳；Lsw、Csw分别为开关导通和关断时的等效电感、电容；Δt为离散化所用的时间步长；同时，所述的恒导纳开关模型的虚拟功率损耗近似表示为： 式中，Eloss为开关的虚拟功率损耗；V、I分别为开关的支路电压及流过的开关电流；对于采用上述恒导纳开关模型的仿真系统，基于如下以状态空间表达式形式给出的改进电磁暂态仿真算法框架对整个系统电路进行离散化建模： 式中，X为历史电流或电压源向量；U为独立电源向量；Y为观测量组成的向量；上标k+1、k分别表示第k+1、k个仿真步的结果；A、B、C、D为与开关状态相关的系数矩阵；所述的步骤2的具体内容为：所述的小步合成原理，在采用小步长进行系统建模的基础上，将多步底层计算合并成单个大步长计算：考虑将m步上式3中计算过程进行合并，得： 式中，m为小步合成的步数；考虑到小步合成的时间跨度一般仅持续几十微秒，这里设定独立电源向量U在第k到k+m-1仿真步间为恒定常量，此时上式变为： 式中，Am、Bm为由A、B计算得到的参数矩阵，按如下计算： 在仿真过程中，将进行一系列不同分数步长下的小步合成计算，所对应的合成步数m也将不同，此时相应计算式统一表示为： 式中，i用于表示一系列不同分数步长的情况，i＝0时为单位仿真步长情况；Nf为预设的分数步长阶数；Af、Bf为按照上式6代入不同小步合成步数所计算的参数矩阵；所述小步合成步数随采用的分数步长不同而变化；上述Af、Bf与开关状态、采用的合成步长均相关，在分数步长序列已配置由分数步长阶数Nf决定的情况下，在初始化阶段进行预计算和预存储，后续在仿真主循环中直接调用参与计算，从而有助于降低更新计算负担，提升效率。

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