基于刚性检测的电力电子系统自适应仿真算法

高性能仿真工具对电力电子系统的设计分析具有重要的支撑作用,而考虑杂散参数对装置可靠性的影响、实施参数扫描来辅助优化设计是目前仿真应用的重要趋势。但是,考虑杂散参数后,系统的数学性质更加复杂多变,可能在刚性和非刚性之间发生转变,此时仅使用单一的前向或者后向算法都不能达到最优仿真效率,给仿真解算带来挑战。离散状态事件驱动(DSED)仿真框架可以实现对电力电子系统的准确高效解算,相较于商业仿真软件具有明显优势。但现有的DSED框架无法对系统的数学性质进行自动识别,应对上述复杂场景时仿真效率仍然有较大提升空间。为此,该文深入分析不同数值算法的效率最优场景,提出一种自适应的数值算法切换策略。该方法构造一种额外计算成本较小的判据,实现对系统刚性程度的自动检测以及不同数值积分算法的平滑切换,在仿真全过程中始终选择更优的积分方法,从而提升整体求解效率。所提策略应用于一台10 kV-2 MW四端口电力电子变压器的高频振荡现象分析中,在同等精度的前提下,仿真总体速度相较于原有DSED仿真框架提升了约4倍,进而验证了所提方法的准确性和有效性。

电力电子系统电磁干扰数值建模分析

随着半导体器件功率等级提高、开关速度加快,开关过程引起的电磁干扰(EMI)问题也日渐突出。与传统的EMI问题不同,电力电子系统的EMI问题由功率半导体器件的开关瞬态过程引起,其本质上是一个能量瞬变问题而非信号传输问题,变换形式为脉冲型而非连续型波形,传输载体和路径本质上是空间电磁场而非仅是电路电压电流。这三个特点决定了传统上从信号传播、正弦周期量变换和集总参数等效电路的角度研究EMI的方法难以揭示电力电子系统EMI问题的本质特点和规律。为此,该文从能量脉冲和电磁场瞬变过程的角度,对电磁场和载流子场耦合作用下的电力电子系统中的电磁脉冲进行建模分析。建立了面向电力电子系统EMI机理研究的三维电磁场数值模型,解算了微纳秒级开关瞬态过程中功率器件内部和空间中电磁场的分布及变化情况,并从数值计算和原理分析角度验证了所建三维电磁场数值模型的正确性。该文为电力电子系统EMI机理研究提供了有效的数值分析基础。