【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子系统建模，特别涉及一种电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法。
技术介绍
1、随着可再生能源接入比例的提高，电力电子装置在现代电网中正得到越来越广泛的应用。建模仿真是针对电力电子分析的重要工具。受限于电路理论的假设条件，基于电路的建模仿真方法难以完整分析电力电子系统开关瞬变机理，而电磁场是更底层的分析方法，可为电力电子开关瞬变过程提供更完整的机理分析模型，从而为电力电子系统可靠设计提供支撑。
2、对于电力电子系统而言，其开关瞬变电磁场的建模具有很大难度。从空间和物理域的角度看，电力电子变换系统的瞬变电磁场既包含了近场的耦合作用，又包含了远场的辐射作用，所以要考虑基于完整的麦克斯韦方程所描述的电磁作用机理；其中，导体中的电流场、空间中的静生电磁场(库伦电场和安培磁场)、空间中的感生电磁场和半导体中的载流子场在不同的物理域和物理空间相互耦合作用，导致模型复杂程度高、求解速度慢、仿真易发散。从时间尺度的角度看，电力电子系统是典型的多时间尺度系统，尤其是其开关过程已深入到微纳秒级时间尺度，瞬变速度快、建模求解困难。同时，电力电子变换系统复杂的三维结构也加剧了电磁场模型建立的难度。
3、因此，亟待一种计算量更小、收敛性更好的电力电子开关过程瞬变电磁场建模方法，提升模型求解速度和收敛性，支持电力电子开关瞬变电磁场分析与装置设计。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，通过不同模块的解耦降低模型复杂程度，
2、本专利技术实施例提供一种电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，包括以下步骤：
3、将目标电力电子变换系统划分为导体电流场、空间库伦电场、空间感应电磁场和器件半导体；
4、分别对所述导体电流场、所述空间库伦电场、所述空间感应电磁场域和所述器件半导体进行建模，得到导体电流场模型、空间库伦电场模型、空间感应电磁场模型和器件半导体模型；
5、联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，以构成相互联系的解耦型瞬变电磁场模型，以表征电力电子开关过程的电磁场瞬态变化。
6、可选地，所述导体电流场模型的表达式为：
7、
8、其中，v为电势，ε为介电常数，σ为电导率，t为时间。
9、可选地，所述空间库伦电场模型的表达式为：
10、
11、其中，v为电势。
12、可选地，所述空间感应电磁场模型的表达式为：
13、
14、其中，a为磁矢势，μ为磁导率，ε为介电常数，t为时间，v为电势。
15、可选地，所述器件半导体模型的表达式为：
16、u＝uds(t)
17、i＝id(t)
18、其中，u为主动开关管的电压，uds为根据分段解析瞬态模型给出的主动管器件电压，i为二极管的电流，id为根据分段解析瞬态模型给出的二极管器件电流，t为时间。
19、可选地，通过预设耦合方式联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，其中，所述预设耦合方式包括边界条件方式和耦合变量方式。
20、可选地，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，包括：
21、通过所述边界条件方式联立所述导体电流场域模型和所述空间库伦电场模型，其中，所述导体电流场为所述空间库伦电场提供边界条件，在所述导体电流场的作用域中，所述空间库伦电场的电势等于所述导体电流场的电势。
22、可选地，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，包括：
23、通过所述耦合变量方式联立所述空间库伦电场模型和所述空间感应电磁场模型，其中，所述空间库伦电场的变量电势作为外部耦合变量引入所述空间感应电磁场模型中。
24、可选地，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，包括：
25、通过所述耦合变量方式和所述边界条件方式联立所述导体电流场域模型和所述空间感应电磁场模型，其中，所述空间感应电磁场为所述导体电流场提供耦合变量，所述空间感应电磁场的变量磁矢势作为外部耦合变量引入所述导体电流场中面电流密度中，所述导体电流场为所述空间感应电磁场提供边界条件，在所述导体电流场的作用域中，所述空间感应电磁场满足：
26、n×(h2-h1)＝j
27、其中，n为面积元的法向，h2和h1分别为空间感应电磁场中，导体电流场作用平面两侧的磁场强度，j为导体电流场中的面电流密度。
28、可选地，所述半导体开关模型为所述导体电流场提供电压电流边界条件，其中，所述器件半导体的二极管连接节点满足：
29、∫j·ndτ＝id
30、其中，j为导体电流场中的面电流密度，n为面积元的法向，dτ为面积元，id为二极管的电流；
31、所述器件半导体的主动管连接节点满足：
32、v＝us1ground
33、其中，v为电势，us1ground为主动管连接节点的对地电压。
34、本专利技术实施例提出的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，将电力电子变换系统划分成多个物理域，考虑麦克斯韦方程的不同物理效应对不同物理域进行建模，再利用合适的耦合方式将不同物理场域进行有效耦合，再通过接口连接形成完整的数值模型，降低求解计算量和提高收敛性。
35、本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述导体电流场模型的表达式为：
3.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述空间库伦电场模型的表达式为：
4.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述空间感应电磁场模型的表达式为：
5.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述器件半导体模型的表达式为：
6.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，通过预设耦合方式联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，其中，所述预设耦合方式包括边界条件方式和耦合变量方式。
7.根据权利要求6所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁
8.根据权利要求6所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，包括：
9.根据权利要求6所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，包括：
10.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述半导体开关模型为所述导体电流场提供电压电流边界条件，其中，所述器件半导体的二极管连接节点满足：
...【技术特征摘要】
1.一种电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述导体电流场模型的表达式为：
3.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述空间库伦电场模型的表达式为：
4.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述空间感应电磁场模型的表达式为：
5.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，所述器件半导体模型的表达式为：
6.根据权利要求1所述的电力电子开关过程瞬变电磁场的解耦型建模方法，其特征在于，通过预设耦合方式联立所述导体电流场模型、所述空间库伦电场模型、所述空间感应电磁场模型和所述器件半导体模型，其中，所述预设耦合方式包括...
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