一種吸納不同步長接口延時的并行計算分網(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接口延時 的并行計算分網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 不同步長仿真技術(shù)算法的并行化程度不高，系統(tǒng)交互信息量較大，實現(xiàn)實時仿真 有難度。而并行接口算法能把兩側(cè)網(wǎng)絡(luò)解耦，提升不同步長仿真的并行度，降低系統(tǒng)交互信 息，是實現(xiàn)實時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最明顯的弱點是有一個仿真時步的延遲，接口誤差較大，同時，子網(wǎng)電 路參數(shù)對接口穩(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單一階線性電路，通過歷史值實時計算一 階電路的等值參數(shù)。本質(zhì)上它是預(yù)測一階電路的狀態(tài)變量的值，與其他預(yù)測法類似，TFA方 法在解決非線性和高頻信號時有局限性。另外，TFA方法存在不穩(wěn)定的缺點。
[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 在處理擾動時準(zhǔn)確性較差。
[0007] 上述方法均不具有穩(wěn)定性，且接口時延會影響仿真的穩(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接口延時 的并行計算分網(wǎng)方法。
[0009] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明提供一種吸納不同步長接口延時的并行計算分網(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仿真；
[0013] 步驟3:對子網(wǎng)I和子網(wǎng)II采用預(yù)置的仿真步長離散化；
[0014]步驟4:對離散化的仿真步長進(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；t表示 當(dāng)前時刻;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的輸入戴維南等值電路;V/T、V B_分別表示從對端端口 A 和B而來的反射波;Va+、Vb+分別表不從對端端口 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)點個數(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間為慢速子 網(wǎng)的仿真步長;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相對應(yīng)的系數(shù)矩陣;Cs表不子網(wǎng)II的電容對角矩陣;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相對應(yīng)的系數(shù)矩陣，Df int表;^Df矩陣中與Uf int相對應(yīng)的系數(shù)矩陣， Cf表示子網(wǎng)I的電容對角矩陣;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，h為子網(wǎng)I的仿真步長;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時刻積分到t = mk時刻，計算出Xs (mk)和傳 遞給對端接口的電壓；
[0038] 步驟2>，按照式(7)把子網(wǎng)I連續(xù)積分m步，從t = mk-m時刻積分至ljt = mk時刻，計算 出mk-m到mk之間所有mk-i時刻的值；
[0039] 步驟3>，在mk時刻完成子網(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)前時刻;m表示子網(wǎng)II的步長大小，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m步、i分別表示中間任意需要計算的時刻;mk+i表示中間插值的時刻； mk和mk+m是跨度為m的兩個離散時刻。
[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。其次它的接口時延不會影響仿真的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)通用性。
[0043]本發(fā)明能實現(xiàn)完全并行仿真，是實時仿真中理想的仿真方法。應(yīng)用基于傳輸線的 不同步長仿真算法需要找到網(wǎng)絡(luò)中適合分網(wǎng)的傳輸線，并改造為一個大步長延時的傳輸線 模型，通過模型把網(wǎng)絡(luò)解耦。能夠?qū)崿F(xiàn)不同步長電磁暫態(tài)并行分網(wǎng)時接口沒有延時導(dǎo)致的 計算誤差，減少或避免因接口延時造成數(shù)值震蕩和仿真誤差，因為接口延時被模型特性所 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仿真示例網(wǎng)絡(luò)圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明提供的不同步長仿真的運算時標(biāo)圖；
[0048] 圖5是本發(fā)明提供的基于傳輸線解耦不同步長仿真的流程圖。
【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】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)明的具體實施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 實踐它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例 僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以 變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā) 明的實施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個范圍，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)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語"發(fā)明"來表示，這僅僅是 為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任 何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
[0051] 本發(fā)明提出一種吸納不同步長接口延時的并行計算分網(wǎng)方法，可以在不同步長電 磁暫態(tài)并行計算分網(wǎng)時吸納接口延時，減少或避免因接口延時造成數(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V+A脈沖給傳輸線，這一脈沖需要經(jīng)過一個仿真步長移動到傳輸線的末端B處，并作為下 一個仿真時步的B網(wǎng)端口的輸入脈沖VI』端口的過程與A端口類似。這個過程可以總結(jié)為式 (3) 的傳輸線端口方程。
[0060]
(3)
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