[0001] 本发明属于电力电子技术领域，具体讲涉及一种多仿真器协同的仿真方法、仿真主控平台和仿真系统。

[0002] 柔性直流输电是智能电网技术发展的主要方向之一，未来柔性直流输电技术将向着多端化、网络化及更高电压更大容量方向发展，输送电压和功率将达到500kV/3000MW，迫切需要研制更高电压更大容量的柔性直流换流阀和高压直流断路器，其中柔性直流换流阀电流达到3000A，高压直流断路器要求分断电流达到18000A甚至更高。

[0003] 装备技术发展的关键之一是电力电子器件，且不同装备对电力电子器件的需求呈差异化趋势发展，如柔性直流换流阀需要低通态压降的绝缘栅双极晶体管IGBT器件，以大幅降低换流阀的损耗；高压直流断路器需要高关断能力的IGBT器件，以提高断路器的电流分断水平。伴随不同类型柔性直流装备的出现，其对所用的器件出现了定制化需求，而现有的IGBT器件基本上均没有根据的不同种类柔性直流装备进行定制化开发，极大降低了装备的运行性能，因此需要紧密结合柔性直流换流阀的对于低通态损耗、直流断路器的高关断能力的技术需求分别开发低通态压降和高关断能力两种类型的IGBT器件，原有的器件和装置相对割裂的研究方法已不适用，需要开发出创新的研究方法实现从器件到装置的协同创新。

[0004] 大功率IGBT器件研制涉及功率半导体物理、电路、电磁场、热、机械应力、材料等不同方向，传统相互割裂的仿真手段已不能满足未来更高电压、更大容量定制化器件研制需求。

[0005] 在多软件协同仿真时，需要对各个软件仿真进行统一协同控制，各个仿真器通协同仿真主控平台之间都是按照固定的步长进行交换数据，但由于各仿真器求解系统的复杂程度以及系统运行周期的不同，各个仿真器的协同步长会有很大差异，例如电气类的步长通常比较短，为微秒至毫秒级，而热场类的步长比较长，为秒至分钟乃至小时级，这种同步步长上的巨大差异，造成了协同仿真效率的降低，同时也造成了协同仿真系统出现收敛性问题，无法得到正确的验证结果。

[0055] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

[0056] 实施例1：

[0057] 本发明提供了一种多仿真器协同仿真步长确定方法，该方法流程如图1所示，包括：

[0058] 步骤101：根据各仿真器的信号类型确定具有耦合性的仿真器；

[0059] 步骤102：根据具有耦合性的仿真器的最小仿真步长，确定协同仿真步长。

[0060] 其中，步骤2包括：

[0061] 步骤102-1：若所有具有耦合性的仿真器的信号类型均相同，则直接选择所有仿真器中的最小仿真步长作为协同仿真步长；

[0062] 步骤102-2：否则，先将具有相同信号类型的仿真器进行分组，并以每组组内的最小仿真步长作为组内通信步长；各组之间选择最小的组内通信步长作为协同仿真步长。

[0063] 以图2为例，在协同仿真验证过程中，仿真器A、B、C采用的仿真步长分布为TA、TB、TC。如果TA＝TB＝TC，则路由器会采用TA作为同步步长；如果TA≠TB≠TC，则采用TA、TB、TC的最小值MIN(TA,TB,TC)；如果仿真器之间的连接是分组的，则各组分别采用组内最小的仿真步长，作为组内通信步长；各组之间采用最小的组内通信步长，作为协同仿真步长，例如若仿真器A和B为一组，则A和B之间采用MIN(TA,TB)作为组内通信步长，即组内的协调仿真步长，协调器A和B与C进行组间通信时，采用MIN(MIN(TA,TB),TC)作为协调仿真步长。

[0064] 实施例2：

[0065] 本发明还提供了一种基于协同仿真步长的多仿真器协同的仿真方法，其流程如图3所示，包括：

[0066] 步骤201：采用多仿真器协同仿真步长确定方法，确定协同仿真步长；

[0067] 步骤202：预测仿真步长比协同仿真步长长的仿真器的仿真数值，作为仿真器在协同仿真步长对应时间的仿真数值；

[0068] 步骤202中，针对仿真步长比协同仿真步长长的仿真器，采用拉格朗日多项式对仿真器仿真的数据点之间进行插值，预测仿真器在协同仿真步长对应时间的仿真数值。

[0069] 步骤203：各仿真器将自身的仿真数值发送给其他仿真器，并接收其他仿真器发送的各仿真器对应的仿真数值，每个仿真器根据所有仿真器的仿真数值，进行协同仿真计算。

[0070] 本发明提出的主动协同数据预测技术，在仿真器需要各仿真软件提供交互数据，而仿真步长较长的软件却无法完成一个步长的仿真并无法提供数据时，通过数据预测程序对为该仿真器动态预测并插入信号数据值，并将该数据通过数据路由器传递给其他仿真器，开展协同仿真计算。图4示出了一个数据预测技术示意图。以仿真器A的仿真步长比协调仿真步长长为例，当达到协调仿真步长对应的时间点，而仿真器A无法完成一个步长的仿真并无法提供数据，此时据预测程序预测该时刻仿真器A的仿真数值作为信号数据值，仿真器A将该数据通过数据路由器传递给其他仿真器，开展协同仿真计算。

[0071] 数据预测技术的效果如图5所示。可见使用数据预测技术信号后，信号曲线更平滑。

[0072] 具体的，数据预测程序采用了拉格朗日多项式对数据点之间进行插值，假定给定的数据点对如下：(x1,y1),….(xj,yj),….(xk,yk)，k为数据点的个数，x1,….xj….xk分别表示仿真器进行仿真的时间点，y1….yj….yk分别为对应仿真时间点仿真的数值，则在x1和xk之间任意一个点x时，y＝L(x)的插值计算公式如下：

[0073]

[0074] 其中lj(x)为拉格朗日基础多项式，如下式进行计算：

[0075]

[0076] 其中，x为协同仿真步长对应的时间x≠x1～xk，y＝L(x)为插入的仿真器在协同仿真步长对应的时间的仿真数值。

[0077] 拉格朗日多项式同时可对数据点进行外插值，下面以函数y＝x2为示例，对预测算法进行说明。假设已知：

[0078] x1＝1，f(x1)＝1；x2＝2，f(x2)＝4；x3＝3，f(x3)＝9。

[0079] 则对应的拉格朗日多项式为：

[0080]

[0081] 此时如果需要外推x4＝3.5时y4的值，则拉格朗日多项式的计算结果如下：

[0082]

[0083] 由此可见利用拉格朗日多项式算法进行外推的结果与实际公式计算结果相符合。

[0084] 实施例3：

[0085] 本发明还提供了一种多仿真器协同仿真步长确定系统，该系统结构如图6所示，包括仿真器筛选模块和协同仿真步长模块；

[0086] 仿真器筛选模块，用于根据各仿真器的信号类型确定具有耦合性的仿真器；协同仿真步长模块，用于根据具有耦合性的仿真器的最小仿真步长，确定协同仿真步长。

[0087] 其中，协同仿真步长模块包括：无分组子单元和分组子单元；

[0088] 无分组子单元，用于当所有仿真器的信号类型均相同，则直接选择所有仿真器中的最小仿真步长作为协同仿真步长；

[0089] 分组子单元，用于当存在仿真器之间信号类型不同时，先将具有相同信号类型的仿真器进行分组，并以每组组内的最小仿真步长作为组内通信步长；各组之间选择最小的组内通信步长作为协同仿真步长。

[0090] 实施例4：

[0091] 本发明还提供了一种基于协同仿真步长的多仿真器协同仿真主控平台，该平台结构如图7所示，包括协同仿真步长确定系统，以及数值预测模块和仿真计算模块；

[0092] 数值预测模块，用于预测仿真步长比协同仿真步长长的仿真器的仿真数值，作为仿真器在协同仿真步长对应时间的仿真数值；

[0093] 仿真计算模块，用于控制各仿真器将自身的仿真数值发送给其他仿真器，并接收其他仿真器发送的各仿真器对应的仿真数值，以及控制每个仿真器根据所有仿真器的仿真数值，展开协同仿真计算。

[0094] 其中，数值预测模块针对仿真步长比协同仿真步长长的仿真器，采用拉格朗日多项式对仿真器仿真的数据点之间进行插值，预测仿真器在协同仿真步长对应时间的仿真数值。

[0095] 其中，采用拉格朗日多项式对仿真器仿真的数据点之间进行插值具体如下式所示：

[0096]

[0097] 其中，x为协同仿真步长对应的时间，y＝L(x)为插入的仿真器在协同仿真步长对应的时间的仿真数值，x≠x1,….,xk，lj(x)为拉格朗日基础多项式，如下式进行计算：

[0098]

[0099] 其中(x1,y1),….(xj,yj),….(xk,yk)为仿真器仿真的数据点，k为数据点的个数，x1,….xj….xk分别表示仿真器进行仿真的时间点，y1….yj….yk分别为对应仿真时间点仿真的数值，m为数据点的标志。

[0100] 实施例5：

[0101] 本发明还提供了一种多仿真器协同的仿真系统，其结构示意图如图8所示，包括多个仿真器；

[0102] 路由器，用于实现安装在同一台计算机上的各仿真器之间的数据交互，数据包括仿真器的仿真数值；以及

[0103] 协同仿真主控平台，用于根据各仿真器的信号类型确定具有耦合性的仿真器；用于具有耦合性的仿真器的最小仿真步长，确定协同仿真步长，；用于预测仿真步长比协同仿真步长长的仿真器的仿真数值，作为该仿真器相应时间的仿真数值；用于控制各仿真器之间通过路由器进行数据交互，以及控制每个仿真器根据所有仿真器的仿真数值，展开协同仿真计算。

[0104] 其中，该仿真系统还包括网络进程间通讯通道；

[0105] 安装在不同计算机上的仿真器由各仿真器连接的路由器通过网络进程间通讯通道实现各仿真器之间的数据交互。

[0106] 其中，仿真器包括：

[0107] 子模型数据接口，作为子模型与路由器之间传输仿真数值的接口；

[0108] 子模型，用于进行仿真计算，并将仿真数值通过子模型数据接口输入共享内存；

[0109] 共享内存，用于存储仿真数值。

[0110] 仿真器由子模型、模型数据接口和共享内存依次连接组成。模型数据接口由各个专业仿真器公布的标准API接口开发而成，仿真器通过模型数据接口调用子模型时，会启动模型内部的共享内存管理程序，用于实现相关信号数据的存储和管理。共享内存与数据路由器相连接，数据路由器负责将读取到数据转换为需要的格式发送出去，同时也将外部收到的数据转为需要的格式写入共享内存，传递给仿真器进行下一步求解。如果仿真器位于同一计算机上，则由同一路由器直接完成仿真器之间的数据传输工作，如果仿真器位于不同的计算机上，则由不同的路由器通过网络进程间通讯通道实现仿真器之间的数据交换工作。

[0111] 最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。