一種吸納不同步長(zhǎng)接口延時(shí)的并行計(jì)算分網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)仿真的仿真方法，具體涉及一種吸納不同步長(zhǎng)接口延時(shí) 的并行計(jì)算分網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 不同步長(zhǎng)仿真技術(shù)算法的并行化程度不高，系統(tǒng)交互信息量較大，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真 有難度。而并行接口算法能把兩側(cè)網(wǎng)絡(luò)解耦，提升不同步長(zhǎng)仿真的并行度，降低系統(tǒng)交互信 息，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真的可能解決方案。
[0003] 經(jīng)過調(diào)研，目前可采用的并行不同步長(zhǎng)仿真接口包括如下方法：
[0004] ITM法是一種直接的方法，它將電路按照聯(lián)絡(luò)線分開，一側(cè)用電壓源表示，另一側(cè) 用電流源表示。根據(jù)大仿真步長(zhǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)使用的電壓源或電流源，ITM方法又可分為電壓主導(dǎo) 型和電流主導(dǎo)型。ITM最明顯的弱點(diǎn)是有一個(gè)仿真時(shí)步的延遲，接口誤差較大，同時(shí)，子網(wǎng)電 路參數(shù)對(duì)接口穩(wěn)定性影響較大。
[0005] TFA法是假設(shè)兩側(cè)電路都可以表示為簡(jiǎn)單一階線性電路，通過歷史值實(shí)時(shí)計(jì)算一 階電路的等值參數(shù)。本質(zhì)上它是預(yù)測(cè)一階電路的狀態(tài)變量的值，與其他預(yù)測(cè)法類似，TFA方 法在解決非線性和高頻信號(hào)時(shí)有局限性。另外，TFA方法存在不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
[0006] PCD法是一種非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)解耦方法，它依托了松弛迭代技術(shù)，把原始網(wǎng)絡(luò)模擬 成一個(gè)多端口的網(wǎng)絡(luò)矩陣，并通過松弛迭代確定矩陣的參數(shù)。此方法的并行程度較低，同時(shí) 在處理擾動(dòng)時(shí)準(zhǔn)確性較差。
[0007] 上述方法均不具有穩(wěn)定性，且接口時(shí)延會(huì)影響仿真的穩(wěn)定性，不具有通用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種吸納不同步長(zhǎng)接口延時(shí) 的并行計(jì)算分網(wǎng)方法。
[0009] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明提供一種吸納不同步長(zhǎng)接口延時(shí)的并行計(jì)算分網(wǎng)方法，其改進(jìn)之處在于， 所述方法包括下述步驟：
[0011]步驟1:確定并入子網(wǎng)的戴維南等值電路的傳輸線端口方程；
[0012] 步驟2:傳輸線解耦的不同步長(zhǎng)仿真；
[0013] 步驟3:對(duì)子網(wǎng)I和子網(wǎng)II采用預(yù)置的仿真步長(zhǎng)離散化；
[0014]步驟4:對(duì)離散化的仿真步長(zhǎng)進(jìn)行仿真。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟1包括：
[0016] 電壓和電流的時(shí)域分析函數(shù)描述如下：
(1)
[0017]
[0018]式中：v+表不傳輸線上的入射波電壓，τ表不傳輸線上的反射波電壓;v+和Γ波形 相位一致，增益為f ;ν?ΡΓ波形相位一致，增益為# ; χ表示傳輸線上任意一點(diǎn)；t表示 當(dāng)前時(shí)刻;V表示行波速度；Γ、Γ分別表示傳輸線上的入射波電流和反射波電流、Co、Lo分別 表示線路電容和電感；
[0019]忽略研究傳輸線內(nèi)的波過程，研究在端口邊界的傳輸線，得到：
[0020]
2)
[0021 ]式中：￥_表示的是從對(duì)端端口而來的反射波；I是流出端口的電流，V是端口處的電 壓;式(2)表示傳輸線端口處的戴維南等值電路；
[0022]所述傳輸線端口方程如下所示：
[0023]
3)
[0024] 把式(2)表示的戴維南等值電路并入子網(wǎng)，求出端口電壓VA和VB后，就能通過端口 之間的聯(lián)絡(luò)方程求出下一仿真步長(zhǎng)的輸入戴維南等值電路;V/T、V B_分別表示從對(duì)端端口 A 和B而來的反射波;Va+、Vb+分別表不從對(duì)端端口 A和B而來的入射波；iA、iB分別表不端口的A 和B的電流;η表示端口包含的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟2包括:通過傳輸線解耦以后被分為子網(wǎng)I和II，兩個(gè)子網(wǎng)通過 傳輸線L連接在一起;傳輸線端口在子網(wǎng)I中等效為等值戴維南電路，其電壓源為2U f，其阻 抗為A，在子網(wǎng)II中等效為等值戴維南電路，其電壓源為2US，其阻抗為Zu
[0026] 假設(shè)子網(wǎng)I是快速網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)II是慢速網(wǎng)絡(luò)，通過傳輸線解耦的延遲時(shí)間為慢速子 網(wǎng)的仿真步長(zhǎng);子網(wǎng)I和子網(wǎng)II按照并入接口的戴維南等值電路，建立狀態(tài)空間表示的狀態(tài) 方程式如下：
(4)
[0027] (5)
[0028]
[0029]
[0030] (6)
[0031] 式中，Uf+表示子網(wǎng)I傳輸線的反射電壓波，US+表示子網(wǎng)II傳輸線的反射電壓波， 表示子網(wǎng)I傳輸線的入射電壓波，U，表示子網(wǎng)II傳輸線的入射電壓波;乂％表示子網(wǎng)II中的 狀態(tài)變量，包括電感電流，電容電壓和控制器中的積分變量;六3表示子網(wǎng)II中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)矩 陣，Bs和Ds都是系數(shù)矩陣；Us是子網(wǎng)I的輸入變量，其中U sint表示子網(wǎng)I內(nèi)部的注入源，其中 Bsint表不Bs矩陣中與Usint相對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣;Cs表不子網(wǎng)II的電容對(duì)角矩陣;X ' f表不子網(wǎng)I 中的狀態(tài)變量，包括電感電流，電容電壓和控制器中的積分變量;Af表示子網(wǎng)I中的網(wǎng)絡(luò)狀 態(tài)矩陣，Bf和Df均為系數(shù)矩陣;Uf是子網(wǎng)I的輸入變量，其中U fint表示子網(wǎng)I內(nèi)部的注入源， Bf int表;^Bf矩陣中與Uf int相對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣，Df int表;^Df矩陣中與Uf int相對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣， Cf表示子網(wǎng)I的電容對(duì)角矩陣;Xf為子網(wǎng)I中的狀態(tài)變量，Xs為子網(wǎng)I中的狀態(tài)變量。
[0032] 進(jìn)一步地，所述步驟3包括:按照后退歐拉法進(jìn)行離散化，并考慮接口方程(7)，得 狀態(tài)方程式如下(8):
[0033] (7)
[0034] (8)
[0035] 式中，Xf為子網(wǎng)I中的狀態(tài)變量，t//為子網(wǎng)I中的傳輸線接口的戴維南等值電壓源， Ufint為快速子網(wǎng)的自身電源，Af，Bfint，BfT和Dfint為子網(wǎng)I自身的狀態(tài)空間表不的參數(shù)矩陣， If為傳輸線端口處的注入電流，Uf+為快速子網(wǎng)I傳輸線的反射電壓波;xs為子網(wǎng)I中的狀態(tài) 變量，U，為子網(wǎng)I中的傳輸線接口的戴維南等值電壓源，U sint為慢速子網(wǎng)的自身電源，As， Bsint，BsT和Dsint為子網(wǎng)I自身的狀態(tài)空間表示的參數(shù)矩陣，Is為傳輸線端口處的注入電流，U s +為快速子網(wǎng)I傳輸線的反射電壓波;mh為子網(wǎng)II的仿真步長(zhǎng)，h為子網(wǎng)I的仿真步長(zhǎng);DsT和DfT 為傳輸線兩端電壓源的關(guān)系，為1或者-1。
[0036] 進(jìn)一步地，所述步驟4包括下述步驟：
[003 7 ] 步驟1 >，按照式(8)把子網(wǎng)II從t=mk-m時(shí)刻積分到t = mk時(shí)刻，計(jì)算出Xs (mk)和傳 遞給對(duì)端接口的電壓；
[0038] 步驟2>，按照式(7)把子網(wǎng)I連續(xù)積分m步，從t = mk-m時(shí)刻積分至ljt = mk時(shí)刻，計(jì)算 出mk-m到mk之間所有mk-i時(shí)刻的值；
[0039] 步驟3>，在mk時(shí)刻完成子網(wǎng)I和子網(wǎng)II的信息交換，子網(wǎng)II接收算出的電壓值發(fā)給 子網(wǎng)I，完成從mk-m到mk的數(shù)值積分，并返回步驟1;
[0040] 其中：t表示當(dāng)前時(shí)刻;m表示子網(wǎng)II的步長(zhǎng)大小，k表示子網(wǎng)II的走了多少步數(shù)，mk 表示子網(wǎng)Π 走了 k個(gè)m步、i分別表示中間任意需要計(jì)算的時(shí)刻;mk+i表示中間插值的時(shí)刻； mk和mk+m是跨度為m的兩個(gè)離散時(shí)刻。
[0041]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：
[0042]本發(fā)明通過實(shí)際存在的傳輸線或者由聯(lián)絡(luò)電容和聯(lián)絡(luò)電感等效成的傳輸線把系 統(tǒng)分開的方法。由于傳輸線模型的本質(zhì)是隱式梯形積分法的近似，故本發(fā)明擁有很高的穩(wěn) 定性。其次它的接口時(shí)延不會(huì)影響仿真的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)通用性。
[0043]本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)完全并行仿真，是實(shí)時(shí)仿真中理想的仿真方法。應(yīng)用基于傳輸線的 不同步長(zhǎng)仿真算法需要找到網(wǎng)絡(luò)中適合分網(wǎng)的傳輸線，并改造為一個(gè)大步長(zhǎng)延時(shí)的傳輸線 模型，通過模型把網(wǎng)絡(luò)解耦。能夠?qū)崿F(xiàn)不同步長(zhǎng)電磁暫態(tài)并行分網(wǎng)時(shí)接口沒有延時(shí)導(dǎo)致的 計(jì)算誤差，減少或避免因接口延時(shí)造成數(shù)值震蕩和仿真誤差，因?yàn)榻涌谘訒r(shí)被模型特性所 消化。
【附圖說明】
[0044]圖1是本發(fā)明提供的傳輸線TLM模型圖；
[0045]圖2是本發(fā)明提供的傳輸線TLM等效戴維南電路圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明提供的傳輸線解耦的不同步長(zhǎng)仿真示例網(wǎng)絡(luò)圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明提供的不同步長(zhǎng)仿真的運(yùn)算時(shí)標(biāo)圖；
[0048] 圖5是本發(fā)明提供的基于傳輸線解耦不同步長(zhǎng)仿真的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0050]以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 實(shí)踐它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實(shí)施例 僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以 變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā) 明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同 物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語"發(fā)明"來表示，這僅僅是 為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任 何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
[0051] 本發(fā)明提出一種吸納不同步長(zhǎng)接口延時(shí)的并行計(jì)算分網(wǎng)方法，可以在不同步長(zhǎng)電 磁暫態(tài)并行計(jì)算分網(wǎng)時(shí)吸納接口延時(shí)，減少或避免因接口延時(shí)造成數(shù)值震蕩和仿真誤差， 包括下述步驟：
[0052] 步驟1:確定并入子網(wǎng)的戴維南等值電路的傳輸線端口方程；
[0053]發(fā)明利用分布參數(shù)線路的相關(guān)理論，可以知道圖1上的電流和電壓分布滿足了入 射和反射波的疊加。電壓和電流的時(shí)域分析函數(shù)可描述如下：
[0054]
(1)
[0055] 從上式可知，V+表示傳輸線上的入射波，T表示傳輸線上的反射波。V+和Γ波形相 位一致，增益為#。Γ和Γ波形相位一致，增益為g。
[0056] 忽略研究傳輸線內(nèi)的波過程，研究在端口邊界的傳輸線，可以得到：
[0057]
(2)
[0058] F表示的是從對(duì)端端口而來的反射波。I是流出端口的電流，V是端口處的電壓;式 (2) 表示傳輸線端口處的戴維南等值電路，兩端口傳輸線的端口可以等效為圖2的等效戴維 南電路。
[0059] 在每一步仿真迭代的過程中，Vi首先影響A網(wǎng)絡(luò)，然后在邊界條件的制約下，輸出 一個(gè)V+A脈沖給傳輸線，這一脈沖需要經(jīng)過一個(gè)仿真步長(zhǎng)移動(dòng)到傳輸線的末端B處，并作為下 一個(gè)仿真時(shí)步的B網(wǎng)端口的輸入脈沖VI』端口的過程與A端口類似。這個(gè)過程可以總結(jié)為式 (3) 的傳輸線端口方程。
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