一种用于配置电力牵引系统的开关器件、散热设备的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于配置电力牵引系统的开关器件、散热设备的方法，将一个电力牵引系统划分为包含电机的子系统与包含其他电力电子电路的子系统，两个子系统分别进行解算，并且通过实时交互界面进行数据传递，即传递接口处的电压、电流数值，从而实现电力牵引系统的多时间尺度仿真，以此作为评估，进行器件的选型、系统效率分析以及系统整体设计。系统效率分析以及系统整体设计。系统效率分析以及系统整体设计。

【技术实现步骤摘要】
一种用于配置电力牵引系统的开关器件、散热设备的方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体地涉及一种面向电力牵引系统的基于实时交互接口的解算方法。

技术介绍

[0002]如今电力牵引系统被广泛应用于各个领域，如电动汽车、高速列车等，在电力传动中起到了关键作用。而牵引变流器，作为电力牵引系统的核心环节，在长时间运行过程中很可能发生故障，如过流、过压、过热等。这些故障来源于变流器中的电力电子开关在变换开关状态的瞬间发生的高速能量变化。为了进一步提升电力牵引系统的可靠性，研究人员不仅需要关注系统的动态过程(秒级别)，更需要关注导致变流器故障的开关瞬态过程(微纳秒级别)。因此，需要一个面向电力牵引系统的多时间尺度仿真工具以解决这一迫切需求。
[0003]然而，同时仿真系统动态过程与开关瞬态过程是非常困难的。在解算过程中，由于系统呈现刚性，会出现解算速度极慢且数值稳定性差的问题。目前的仿真软件所采用的方法都没有很好的解决这一问题。离散状态事件驱动方法是一种针对电力电子混杂系统提出的仿真方法，能够利用分段解析模型对开关瞬态过程进行建模，利用自适应算法进行数值积分，从而实现电力电子系统的多时间尺度仿真。然而，由于电机的模型包含非线性部分，即状态方程中包含两个状态变量的乘积项，该方法尚不能解决包含电机的电力牵引系统。
[0004]专利技术目的
[0005]本专利技术旨在解决现有技术所面临的困难，提供一种基于离散状态事件驱动的电力牵引系统解算方法，从而实现电力牵引系统的多时间尺度仿真，为损耗分析、系统设计提供重要支撑。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种面向电力牵引系统的基于实时交互接口的解算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：根据电力牵引系统的拓扑，将整个系统划分为两个子系统，如图1。一部分为包含电机的子系统，称为子系统M，另一部分包含系统内其他电路结构，称为子系统P。两个子系统之间通过交互界面，即接口，来进行数据传递；
[0008]步骤2：在解算时刻t
p
时，利用系统P提供的接口处的电压值以及该电压值的导数U(t
p
)
(i)
(i＝0
…
k,k为计算所需的阶数)，计算子系统M的各个状态变量的值及其导数X
m
(t
p
)
(i)
(i＝0
…
k)，同时可以通过数值积分得到其t
p+1
时刻的值X
m
(t
p+1
)；
[0009]步骤3：根据步骤2中得到的子系统M的各个状态变量的值，以及接口电流与系统M状态变量的关系，直接得到接口电流值及其导数I(t
p
)
(i)
(i＝0
…
k)；
[0010]步骤4：根据步骤3中得到的接口电流值及其导数，计算系统P中的所有状态变量在t
p+1
时刻的值X
p
(t
p+1
)，从而计算t
p+1
时刻的接口电压值及其导数U(t
p+1
)
(i)
(i＝0
…
k)；
[0011]步骤5：在下一时刻，重复上述步骤1
‑
4进行迭代，直至满足所设定的指标，仿真得
到所述牵引系统在负载突变工况下的动态过程，计算出开关瞬态过程的波形，以此选择所述牵引系统的开关器件、散热设备的类型或型号。
[0012]优选地，步骤2的具体解算过程为，利用电机系统M的状态方程，进行电机状态变量的求解,所述电机系统M的状态方程状态方程的输入为接口处的电压值及其导数U(t
p
)
(i)
，其中i＝0
…
k,k为计算所需的阶数，将U(t
p
)
(i)
代入状态方程进行运算后得到系统M的各个状态变量的值及其导数X
m
(t
p
)
(i)
，其中i＝0
…
k，k为计算所需的阶数；基于泰勒展开的数值积分，得到得到其t
p+1
时刻的值X
m
(t
p+1
)。
[0013]优选地，步骤5中选择所述牵引系统的开关器件、散热设备的类型或型号的方法是，根据系统解算得到的工作过程中开关器件瞬态过程中的最大电流和最大电压值来进行开关器件的型号选择，选择能够承受相应电压、电流的器件；通过开关瞬态过程电压与电流的乘积，计算出开关器件的发热功率，从而计算出所需的散热功率，作为散热设备的选型依据。
[0014]本专利技术具有以下优点：
[0015]一是本专利技术提出的方法能够将离散状态事件驱动方法拓展到电力牵引系统的解算，从而为电力牵引领域提供了高效的多时间尺度仿真工具，为系统的整体设计提供重要支撑。
[0016]二是本专利技术所提出的方法能够实现两个子系统的独立解算，并且与解算整个系统等价。在提高解算效率的同时，不损失解算精度。
附图说明
[0017]图1是电力牵引系统的子系统划分示意图；
[0018]图2是本专利技术基于实时交互接口的方法示意图；
[0019]图3是本专利技术求解电机子系统的流程图；
[0020]图4是应用本专利技术得到的仿真波形与实验波形的对比图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术提出一种用于配置电力牵引系统的开关器件、散热设备的方法，包括以下步骤：
[0023]步骤1：将电力牵引系统划分为两个子系统，其中，一部分为包含电机和负载的子系统M，该子系统M通过状态方程进行建模，表示其状态变量的向量为X
m
；另一部分为包含系统内其他电力电子电路的子系统P，该子系统P通过状态方程进行建模，表示其状态变量的向量为X
p
；子系统M与子系统P之间通过交互界面，即接口，来进行数据传递；
[0024]步骤2：分别对子系统M的X
m
和子系统P的X
p
进行解算，在解算时刻t
p
时，利用子系统
P提供的接口处的电压值以及该电压值的导数u
ab(i)
(t
p
),u
ac(i)
(t
p
)，计算子系统M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于配置电力牵引系统的开关器件、散热设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将电力牵引系统划分为两个子系统，其中，一部分为包含电机和负载的子系统M，该子系统M通过状态方程进行建模，表示其状态变量的向量为X
m
；另一部分为包含系统内其他电力电子电路的子系统P，该子系统P通过状态方程进行建模，表示其状态变量的向量为X
p
；子系统M与子系统P之间通过交互界面，即接口，来进行数据传递；步骤2：分别对子系统M的X
m
和子系统P的X
p
进行解算，在解算时刻t
p
时，利用子系统P提供的接口处的电压值以及该电压值的导数u
ab(i)
(t
p
),u
ac(i)
(t
p
)，计算子系统M的各个状态变量的值及其导数X
m
(t
p
)
(i)
，其中，i＝0
…
k,k为计算所需的阶数；同时通过数值积分得到其t
p+1
时刻的值X
m
(t
p+1
)；步骤3：根据步骤2中得到的子系统M的各个状态变量的值，以及接口电流与系统M状态变量的关系，得到接口电流值及其导数i
a(i)
(t
p
),i
b(i)
(t
p
),i
c(i)
(t
p
)，其中i＝0
…
k，k为计算所需的阶数；步骤4：根据步骤3中得到的接口电流值及其导数，计算系统P中的所有状态变量在t
p+1
时刻的值X
p
(t
p+1

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠佳禾，赵争鸣，施博辰，朱义诚，虞竹珺，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：