车辆、航海、航空、航天电力系统建模与仿真方法

多变换器电力电子系统中，系统对电力电子变换器的相互作用、不断变化的功率需求及各种扰动的响应方式最值得关注。变化的功率需求给系统引入了宽范围的动态变化。每次变化都发生在不同的时间尺度上。在这方面，负载需求快速改变需要最快的动态响应速度、系统操作动作所需的动态响应较慢、负载需求慢速改变所需的动态响应最慢。类似地，系统对扰动的响应方式也涵盖了宽范围的动态变化及相关的时间尺度。

对于由许多不同变换器构成的航天电力系统而言，其测试非常昂贵，这是由其尺寸和复杂程度造成的。所以开发可靠的大信号模型来分析此类系统是非常重要的。无论在设计前还是在设计过程中，对这类系统的建模和仿真都有许多优点：可估计变换器及它们之间的相互作用，减少高昂的重复设计，有助于折中研究和参数研究，有助于测试情况的定义及测试异常的解释。

如果按照系统级研究的需要将系统定义为大信号模型，那么线性化的平均模型显然不再适用。要想保证整个系统性能仿真的精度就必须使用非线性时变系统模块的时域仿真。此非线性时变模块包括保护电路、系统动态控制和约束。但是采用电力变换器开关模型的瞬态仿真占用计算机资源多，仿真时间长，而且经常出现仿真收敛错误。而采用平均模型就要比开关模型快得多，也不需要占用过多的计算机资源^{［12～16］}。状态变量的小信号变化条件是主要约束^{［13，14］}。因为多变换器电力电子系统的某些状态变量有大信号变化及振荡现象，所以不可能对其使用平均方法。(www.xing528.com)

通过采用广义的状态空间平均法可对不同状态变量波形的各类变换器进行大信号建模。这种方法采用傅里叶级数，并且傅里叶级数的系数与时间无关。这种方法普遍采用了简化近似的方法，略去了上述级数中不重要的项^{［24～27］}。DC/DC对称谐振变换器存在谐波。这种方法对于保留DC/DC对称谐振变换器的直流和一次项效果不错^［24］。对其他类型的单端DC/DC变换器同样有不错的效果^{［25，26］}。本节将描述这种更普遍的方法及其在多变换器电力电子系统中的应用。这种模块化方法的主要优点是：①增大了系统分析的步长从而减少计算时间和所需计算机内存；②简化了分析过程；③快速和大信号动态仿真；④可对系统中每个变换器内部的状态变量仿真；⑤灵活可变，可在后期进行修改；⑥通过对相对简单子系统的建模，减少了大系统建模的复杂性；⑦模型可用于不同的系统，可用于具有不同拓扑的多变换器电力系统的仿真包中。