多重并联Buck电路仿真方法及相关装置、Buck电路仿真方法与流程

本发明属于一种buck电路等效方法，具体涉及一种多重并联buck电路仿真方法及相关装置、buck电路仿真方法。

背景技术：

1、近年来，直流配电在化工行业实际工程中的应用日益增多，各类化工直流负荷，例如电解槽等，均需要dc-dc变流器提供可调直流电源。而电化学直流负荷通常为低压大电流类型，单个全控型器件无法达到该电流容量，因此，供电的dc-dc变流器需要多重并联结构，即多台直流变流器内部拓扑电路独立，并共享一个输入端口，一个输出端口。该电路模式对于各类低压大电流类型的负荷具有普适性。

2、对模式电路进行分析和参数整定时，一般利用电磁暂态仿真技术，但是，需要重复搭建多台并联运行的dc-dc变流器。在工程应用中，dc-dc变流器通常选用buck电路，其中的电感参数会影响到输出端口电压纹波，而不同品牌和类型的全控型器件和功率二极管的导通电阻也不尽相同。因此，对于整定多重并联buck电路的电感参数、评估电力电子器件导通电阻的影响，将会涉及到电磁暂态仿真软件中大量的重复更改操作，降低了工作效率。另外，多重电路的不同的调制方法，也会进一步影响双端口元件的等效。

3、如果多重并联buck电路使用同一门极信号，则所有全控型器件同开同关，多重并联buck电路等效为单一buck电路，则buck电路输出侧将需要配置大电容以维持输出电压。另外，由于等效为单一buck电路的等效方法，在构建适用于移相载波调制方法的多重并联buck电路中已经失效，因此，多重并联buck电路的所有电气节点将保留。但由于全控型开关和续流二极管的存在，传统电网络简化理论无法有效的减少或者消除多重并联buck电路保留的电气节点。因此，需要开发新的简化和等效方法，以实现适用于移相载波调制方法的多重并联buck电路的等效双端口元件。

技术实现思路

1、本发明针对当前将多重并联buck电路等效为单一buck电路时，无法应用移相载波调制的问题。提供一种多重并联buck电路仿真方法及相关装置、buck电路仿真方法，构建了等效双端口元件。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提出一种多重并联buck电路仿真方法，所述多重并联buck电路包括n个相互独立的子buck电路，n个所述子buck电路共用一个输入端口和一个输出端口，n为大于等于2的整数；包括：

4、通过两个耦合受控电流源组成仿真元件，代替多重并联buck电路，提供与外部连接的输入端口和输出端口，代替n个所述子buck电路共用的一个输入端口和一个输出端口；

5、获取仿真元件与外部连接的输入端口和输出端口的电压，计算每个子buck电路的输入电压vin和输出电压vou；

6、通过状态空间模型，获取两个耦合受控电流源的电流值，作为仿真元件的输入端口电流和输出端口电流；其中，所述状态空间模型的输入包括每个子buck电路的输入电压vin和输出电压vout，输出为每个子buck电路的输入电流和输出电流。

7、优选地，所述状态空间模型为:

8、

9、

10、其中，表示第j个子buck电路的输入电流，表示第j个子buck电路的输出电流，j＝1,…,n，raj表示子第j个buck电路中igbt的等效电阻，rbj表示第j个子buck电路中二极管的等效电阻，t表示时间，l表示子buck电路的电感。

11、优选地，所述第j个子buck电路中igbt的等效电阻raj数值的判据为：

12、

13、其中，ron1表示igbt导通时的等效电阻，roff1表示igbt关断时的等效电阻，gatesignal表示门信号。

14、优选地，所述第j个子buck电路中二极管的等效电阻rbj数值的判据为：

15、

16、其中，ron2表示二极管导通时的等效电阻，roff2表示二极管关断时的等效电阻。

17、优选地，所述通过所述状态空间模型，获取两个耦合受控电流源的电流值，作为仿真元件的输入端口电流和输出端口电流，包括：

18、通过下式计算得到两个受控电流源的电流值：

19、

20、

21、其中，iin表示输入端口对应受控电流源的电流值，iout表示输出端口对应受控电流源的电流值。

22、第二方面，本发明提出一种电子设备，包括：

23、存储器，用于存储计算机程序；

24、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述多重并联buck电路仿真方法的步骤。

25、第三方面，本发明提出一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，所述计算机程序或指令被处理器执行时实现上述多重并联buck电路仿真方法的步骤。

26、第四方面，本发明提出一种用于多重并联buck电路仿真的装置，用于实现上述多重并联buck电路仿真方法，包括：

27、构建模块，用于通过两个耦合受控电流源组成仿真元件，代替多重并联buck电路，提供与外部连接的输入端口和输出端口，代替n个所述子buck电路共用的一个输入端口和一个输出端口；

28、计算模块，用于获取仿真元件与外部连接的输入端口和输出端口的电压，计算每个子buck电路的输入电压vin和输出电压vou；

29、输出模块，用于通过状态空间模型，获取两个耦合受控电流源的电流值，作为仿真元件的输入端口电流和输出端口电流；其中，所述状态空间模型的输入包括每个子buck电路的输入电压vin和输出电压vout，输出为每个子buck电路的输入电流和输出电流。

30、优选地，还包括等效电阻判定模块；

31、所述状态空间模型的输入还包括子buck电路中igbt的等效电阻、子buck电路中二极管的等效电阻、子buck电路中的电感；

32、所述等效电阻判定模块，用于获取子buck电路中igbt的等效电阻和子buck电路中二极管的等效电阻。

33、第五方面，本发明提出一种buck电路仿真方法，包括：

34、通过两个耦合受控电流源组成仿真元件，代替buck电路，提供与外部连接的输入端口和输出端口；

35、获取仿真元件与外部连接的输入端口和输出端口的电压，计算buck电路的输入电压vin和输出电压vou；

36、通过状态空间模型，获取两个耦合受控电流源的电流值，作为仿真元件的输入端口电流和输出端口电流；其中，所述状态空间模型的输入包括buck电路的输入电压vin和输出电压vout，输出为buck电路的输入电流和输出电流。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、本发明提出一种包含多个子buck电路构成的多重并联buck电路仿真方法，构建了等效双端口元件，通过电路分析获取buck电路的状态空间模型，并根据等效元件两端测量电压，求解等效元件双端口的电流输入输出。采用本发明的方法取代了电磁暂态仿真软件构建多节点复杂电路的程序和电路通用求解器的求解过程，简化了电磁暂态仿真软件的建模工作，操作简便，提高了仿真的计算效率，节约了仿真所需时间。同时，电路的状态空间方程准确描述电路动态，等效元件的输出结果精度高。

39、本发明还提出了一种重并联buck电路等效电磁暂态仿真装置，以及一种电子设备和计算机程序产品，以不同的产品或硬件形式实现上述方法，具备上述仿真方法的全部优势，能够广泛应用于软件、平台和各种装置中。