CN116186990A - 一种热电联合仿真方法及装置 - Google Patents

一种热电联合仿真方法及装置 Download PDF

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李必辉
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李冬
张敏
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Abstract

本申请提出了一种热电联合仿真方法及装置，涉及换流阀仿真领域，包括：根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；在电模型、热模型、控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；运行仿真模型，确定仿真结果并在示波器中显示，其中，仿真结果包括换流阀的热参数与电参数，电参数包括换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，热参数包括换流阀内功率半导体器件的温度。本申请通过引入热模型解决热参数对换流阀电模型的电参数影响，在仿真出换流阀内部温度的情况下，能够提供更准确的仿真结果，并将MATLAB中的Simulink和PLECS进行联合，实现电热参数的实时交互与可视化以及对电模型的控制功能。

Description

一种热电联合仿真方法及装置
技术领域
本申请涉及换流阀仿真领域，尤其涉及一种热电联合仿真方法及装置。
背景技术
目前在换流阀仿真的过程中，换流阀内功率半导体器件的温度总会影响换流阀电模型的电参数输出结果，当前缺少一种方法仿真温度对换流阀运行情况的影响。
发明内容
针对上述问题，提出了一种热电联合仿真方法及装置，通过引入热模型解决热参数对换流阀电模型的电参数影响，在仿真出换流阀内部温度的情况下，能够提供更准确的仿真结果，并将MATLAB中的Simulink和PLECS进行联合，实现电热参数实时交互，并通过编程与可视化模块方法，实现对电模型的控制以及对热参数与电参数的可视化。
本申请第一方面提出了一种热电联合仿真方法，包括：
根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；
在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；
在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；
运行所述仿真模型，确定仿真结果并在所述示波器中显示，其中，所述仿真结果包括所述换流阀的热参数与电参数，所述电参数包括所述换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，所述热参数包括所述换流阀内功率半导体器件的温度。
可选的，所述在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与示波器进行数据信息交互，生成仿真模型，包括：
将所述损耗功率输入到所述热模型，确定所述热模型输出的实时温度参数；
将所述实时温度参数输入到所述电模型中，进行所述电参数校正。
可选的，所述方法还包括：
所述控制模块根据所述电参数发出控制信号控制所述换流阀运行；
所述控制模块根据所述实时温度参数与所述电参数，调整所述控制信号。
可选的，所述方法还包括：
将所述实时温度参数作为仿真条件输入到所述仿真模型中，确定仿真结果。
可选的，所述热模型包括热收集器、热阻、热容和热链。
可选的，所述电模型包括换流阀的拓扑及所述换流阀的电路系统结构。
本申请第二方面提出了一种热电联合仿真装置，包括：
第一搭建模块，用于根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；
第二搭建模块，用于在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；
数据交互模块，用于在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；
输出模块，用于运行所述仿真模型，确定仿真结果并在所述示波器中显示，其中，所述仿真结果包括所述换流阀的热参数与电参数，所述电参数包括所述换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，所述热参数包括所述换流阀内功率半导体器件的温度。
可选的，所述数据交互模块，包括：
实时温度生成模块，用于将所述损耗功率输入到所述热模型，确定所述热模型输出的实时温度参数；
电参数矫正模块，用于将所述实时温度参数输入到所述电模型中，进行所述电参数校正。
本申请第三方面，提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述第一方面中任一所述的方法。
本申请第四方面，提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
通过引入热模型解决热参数对换流阀电模型的电参数影响，在仿真出换流阀内部温度的情况下，能够提供更准确的仿真结果，并将MATLAB中的Simulink和PLECS进行联合，第一方面利用PLECS软件特点实现电热参数实时交互，第二方面利用MATLAB中的Simulink模块能够通过编程及可视化模块方法对模型进行控制的优势，实现对电模型的控制功能。
本申请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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请示例性实施例示出的一种热电联合仿真方法的流程图；
图2是根据本申请示例性实施例示出的一种热电联合仿真方法的架构图；
图3是根据本申请示例性实施例示出的一种热电联合仿真装置的框图；
图4是一种电子设备的框图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
图1是根据本申请示例性实施例示出的一种热电联合仿真方法的流程图，如图1所示，包括：
步骤101，根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型。
首先对PLECS作初步介绍，PLECS是一个用于电路和控制结合的多功能仿真软件，尤其适用于电力电子和传动系统，用户可定义与温度相关的热传导和每个半导体元件的开关损耗能量分布；也可收集由半导体和电阻器而损耗的能量，并使用热电阻和电容元件来模拟热的行为。
本申请实施例中，根据实际应用建立不同的电模型、热模型和换流阀控制策略，把实时温度等参数作为仿真条件建立到仿真中，联合仿真计算出换流阀内功率半导体器件的电热参数，电热参数包括温度和损耗功率等参数，使得输出的电热参数接近实际应用且精确。
步骤102，在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器。
首先对MATLAB中的Simulink作初步介绍，Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具。Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。Simulink提供图形编辑器、可自定义的模块库以及求解器，能够进行动态系统建模和仿真。
步骤103，在电模型、热模型、控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型。
其中，热模型包括热收集器、热阻、热容和热链，电模型包括换流阀的拓扑及换流阀的电路系统结构。
本申请实施例中，如图2所示，热模型与电模型进行数据交互的过程如下：
将损耗功率输入到热模型，确定热模型输出的实时温度参数；
将实时温度参数输入到电模型中，进行电参数校正。
本申请实施例中，可以模拟多种换流阀运行所遇到的情景，为换流阀设计制造以及实际运行提供参考。
本申请实施例中，如图2所示，电模型、热模型、控制模块交互的过程如下：
控制模块根据电参数发出控制信号控制换流阀运行；
控制模块根据实时温度参数与电参数，调整控制信号。
本申请实施例中，可以模拟在系统运行出现不同故障时，通过不同的控制策略对换流阀控制的效果，通过模拟结果达到指导实际运行操作的目的。
步骤104，运行仿真模型，确定仿真结果并在示波器中显示，其中，仿真结果包括换流阀的热参数与电参数，电参数包括换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，热参数包括换流阀内功率半导体器件的温度。
本申请实施例中，还能够直接将实时温度参数作为仿真条件输入到仿真模型中，确定仿真结果，另外，本申请实施例对仿真结果中的热参数与电参数作可视化处理。
本申请实施例通过引入热模型解决热参数对换流阀电模型的电参数影响，在仿真出换流阀内部温度的情况下，能够提供更准确的仿真结果，并将MATLAB中的Simulink和PLECS进行联合，第一方面利用PLECS软件特点实现电热参数实时交互，第二方面利用MATLAB中的Simulink模块能够通过编程及可视化模块方法对模型进行控制的优势，实现对电模型的控制功能。
图3是根据本申请示例性实施例示出的一种热电联合仿真装置200的框图，包括：第一搭建模块210、第二搭建模块220、数据交互模块230和输出模块240。
第一搭建模块210，用于根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；
第二搭建模块220，用于在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；
数据交互模块230，用于在电模型、热模型、控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；
输出模块240，用于运行仿真模型，确定仿真结果并在示波器中显示，其中，仿真结果包括换流阀的热参数与电参数，电参数包括换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，热参数包括换流阀内功率半导体器件的温度。
可选的，数据交互模块230，还包括：
实时温度生成模块，用于将损耗功率输入到热模型，确定热模型输出的实时温度参数；
电参数矫正模块，用于将实时温度参数输入到电模型中，进行电参数校正。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图4所示，设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的计算机程序或者从存储单元303加载到随机访问存储器(RAM)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。
设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如语音指令响应方法。例如，在一些实施例中，语音指令响应方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到RAM 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的语音指令响应方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行语音指令响应方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网和区块链网络。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热电联合仿真方法，其特征在于，包括：
根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；
在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；
在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与所述示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；
运行所述仿真模型，确定仿真结果并在所述示波器中显示，其中，所述仿真结果包括所述换流阀的热参数与电参数，所述电参数包括所述换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，所述热参数包括所述换流阀内功率半导体器件的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与示波器进行数据信息交互，生成仿真模型，包括：
将所述损耗功率输入到所述热模型，确定所述热模型输出的实时温度参数；
将所述实时温度参数输入到所述电模型中，进行所述电参数校正。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制模块根据所述电参数发出控制信号控制所述换流阀运行。
所述控制模块根据所述实时温度参数与所述电参数，调整所述控制信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述实时温度参数作为仿真条件输入到所述仿真模型中，确定仿真结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热模型包括热收集器、热阻、热容和热链。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电模型包括换流阀的拓扑及所述换流阀的电路系统结构。
7.一种热电联合仿真装置，其特征在于，包括：
第一搭建模块，用于根据换流阀的结构，在PLECS中搭建电模型与热模型；
第二搭建模块，用于在MATLAB中的Simulink中搭建控制模块与示波器；
数据交互模块，用于在所述电模型、所述热模型、所述控制模块与示波器之间进行数据信息交互，生成仿真模型；
输出模块，用于运行所述仿真模型，确定仿真结果并在所述示波器中显示，其中，所述仿真结果包括所述换流阀的热参数与电参数，所述电参数包括所述换流阀内功率半导体器件的损耗功率、电压、电流和电阻，所述热参数包括所述换流阀内功率半导体器件的温度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据交互模块，包括：
实时温度生成模块，用于将所述损耗功率输入到所述热模型，确定所述热模型输出的实时温度参数；
电参数矫正模块，用于将所述实时温度参数输入到所述电模型中，进行所述电参数校正。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
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