(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211213357.9 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 赵剑锋　金成　刘康礼　王鹏宇　 陈文哲　季振东　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 沈利芳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于环路电流法解耦的电力电子系统 仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于环路电流法解耦的 电力电子系统仿真方法， 属于电力电子仿真领 域。 所述的电力电子系统仿真方法在模型预处理 阶段， 通过环路电流法将大规模电力电子系统模 型解耦成具有若干重复性单元结构的区域集合， 预计算每个区域内所有器件状态排列下的导纳 矩阵和阻抗矩阵， 并在具有相同电路结构和连接 方式的区域内单元间共享导纳 矩阵和阻抗矩阵， 提高仿真计算效率。 本发明适用于通用计算机计 算、 通用计算机加速卡异构计算、 通用计算机集 群仿真计算、 专用电路仿真计算以及其他混合类 型并行计算， 具有良好的平台适应性。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115495921 A 2022.12.20 CN 115495921 A 1.一种基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方法， 其特征在于， 包括模型初始化 阶段和模型计算阶段两 部分： 所述的模型初始化阶段将具有相同结构的若干个电力电子模块划分为一个最小的单 元电路j， 将若干个相同结构、 相同连接方式的单元电路j划分为一个区域； 将单元电路j内 的每种器件的状态组合生成一个状态索引kj； 对应每种状态组合中的单元电路j的器件的 导纳值生 成一个导纳矩阵 根据单元电路j的导纳矩阵 生成单元电路j的器件在状态 索引kj下对应的阻抗矩阵 将导纳矩阵 和阻抗矩阵 的集合构建区域的矩阵集 合Uj； 所述的模型计算阶段重复进行仿真阶段直到算法运行时间t达到指定的仿真时间T， 仿 真阶段至少包括： 计算单元间环路电流、 计算单元电路变量、 器件状态变化检测与处理和控 制系统执行过程； 其中单元间环路电流和单元电路变量均基于仿真模型中各个区域的矩阵 集合Uj进行计算。 2.根据权利要求1所述的基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方法初始化阶段， 其特征在于， 区域内具有相同结构和连接方式的单 元电路共用相同的矩阵集 合Uj。 3.根据权利要求1所述的基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方法模型计算阶 段， 其特征在于， 计算单元间环路电流时根据当前电路中器件状态组合的状态索引kj， 从矩 阵集合Uj中获取对应 状态索引kj的导纳矩阵 和阻抗矩阵 4.根据权利要求1所述的基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真算法模型计算阶 段， 其特征在于， 计算单元间环路电流至少包括环路电压计算、 环路导纳计算和环路电流计 算； 其中环路电压计算至少包括各个单元电路 的环路电压Ej计算和系统级环路电压E累加 计算， 计算公式为： 其中环路导纳计算包括各个 单元环路阻抗Zj计算、 系统级环路阻抗Z累加计算和系统级 环路导纳A计算， 计算公式为： 其中环路电流R计算方式为用环路导纳A与系统级环路电压E乘积计算， 计算公式为： R ＝AE。 5.根据权利要求4所述的基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真算法模型计算阶 段， 其特征在于， 仿真计算流程中， 并行计算环路电压Ej、 环流阻抗Zj、 单元电路变量Xj， 并行 检测与处 理单元电路器件状态变化。 6.根据权利要求1所述的基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方法， 其特征在于， 单元电路变量Xj至少包括单元节点电压变量、 电压源电流变量和变压器电流变量； 单元电 路变量Xj基于环路电流R、 区域电流选择矩阵Pj、 单元内电流Hj和单元电路阻抗矩阵Zj进行 计算， 计算公式为： 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115495921 A 2一种基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方 法 技术领域 [0001]本发明涉及电力电子仿真领域， 具体涉及 一种基于环 路电流法解耦的电力电子系 统仿真方法。 背景技术 [0002]随着电力电子技术的成熟， 电力系统中采用电力电子技术设计的变换器数量越来 越多， 给电力系统的稳定运行带来挑战， 为了保证电力系统运行过程中的稳定性与可靠性， 采用计算机仿 真技术验证包含电力电子变换器在内的电力系统稳定性。 而电力电子 设备由 于具有开关器件数量多、 开关器件变化过程迅速的特点， 难以通过增加仿真步长的方法提 高仿真速度， 在电力系统仿真中存在电路规模和仿真速度的限制， 大规模电力电子系统模 型存在仿真速度慢、 仿真效率低的问题。 发明内容 [0003]针对现有技术的不足， 本发明提出了一种基于环 路电流法解耦的电力电子系统仿 真算法。 [0004]本发明的目的可以通过以下技 术方案实现： [0005]一种基于环路电流法解耦的电力电子系统仿真方法， 包括以下步骤： [0006]将用户输入的仿真模型进行映射 导出生成仿真模型的矩阵描述： [0007] [0008]式中， j是电路单元编号； Xj是单元电路j的节点电压描述矢量； 是单元电路j内 导纳矩阵描述； R是模型 内所有区域环路电流描述； Hj是单元电路j内电流源、 电压源和等 效 电流源注入矢量； [0009]其中Pj是单元电路j的区域电流选择矩阵， 尺寸为n ×r， n为单元内独立无关节点， r为环路电流数量， 定义如下： [0010] [0011]将具有相同结构的若干个电力电子模块划 分为一个最小的单元电路j， 将若干个 相同结构、 相同连接方式的单元电路j划分为一个区域； 将单元电路j 内的每种器件的状态 组合生成一个状态索引kj； 对应每种状态组合中的单元电路j的器件的导纳值生成一个导 纳矩阵 根据单元电路j的导纳矩阵 生成单元电路j的器件在状态索引kj下对应的阻 抗矩阵 将导纳矩阵 和阻抗矩阵 的集合构建区域的矩阵集 合Uj； [0012]重复进行仿真阶段直到算法运行时间t达到指定的仿真时间T， 仿真阶段至少包 括： 计算单元间环路电流、 计算单元电路变量、 器件状态变化检测与处理和计算控制系统；说　明　书 1/6 页 3 CN 115495921 A 3