在處理電力電子設計時必須考慮幾個方面。在一個系統中，我們可以識別不同的元素，例如散熱、電氣特性、控制系統和保護。開發過程是許多測試和測量公司用作開發過程工具的任務。在采訪新仿真工具 SIMBA 背后的開發人員時，我們分析了電力電子仿真的不同觀點。

SIMBA 是一種新的電力電子仿真環境。SIMBA 的主要開發人員 Emmanuel Rutovic 說：“我們的目標是為學生和業余愛好者創建一個足夠簡單但又足夠快速和強大的平臺，以應對最復雜的用例。”

電力電子工程師使用仿真工具開發電力轉換器和電機驅動系統。該模型提供了評估設備不同配置、探索不同參數組合的影響以及了解組件特性如何影響效率和響應時間等的可能性。該模型可以包含不同保真度級別的組件變體，允許您從簡單的線性表示開始，然后逐步發展到復雜的非線性行為。

“我們還提供了一個獨立的 Python 包，其中包含數百個函數，可直接訪問 SIMBA，例如創建電路、修改參數、運行模擬和檢索結果。這個 Python 模塊為基于高級參數分析和機器學習的電力電子轉換器設計新工作流程打開了大門。” 伊曼紐爾·魯托維奇說。

什么是模型？

模型是物理對象或整個系統的表示。模擬是查看基于模型的系統在特定條件下如何工作的過程。

構建模型的目的是盡可能忠實地表示給定的真實現象，以便能夠預測系統的未來狀態。由于它是一個簡化版本，模型中只考慮分析現象的各個方面。

因此，數學模型描述了現象或系統的演變：通過提供輸入數據，模型返回輸出數據。因此，如果輸出接近在觀察真實現象時所做的測量，該模型將是有效的。

數學模型通常由必須用已知數學方法求解的各種類型的方程表示。在這樣的方程中，我們可以找到參數，即不能被操縱的量，以及變量。

電力電子仿真模型可分為靜態模型和動態模型。后者用于從規劃和運行的角度評估大多數經典電力系統的技術性能問題。

對于建模，仿真相當于傳統設計的原型制作。除了允許評估建模系統的行為（這在實際系統中很難獲得）之外，由于其可重構性，仿真還允許在廣泛的條件下研究系統并了解模型的代表性它所指的系統。

獲得對電力系統模型準確性的信心至關重要，因為這些模型對于系統本身的開發和運行非常可靠。

“我們包括新一代模擬引擎，稱為預測時間步長求解器。您花了多長時間調整仿真求解器參數（時間步長、容差……）以找到仿真速度和準確性之間的最佳折衷方案？“Predictive Time Step”自動找到并使用最佳時間步來模擬系統的所有時間常數和事件，而不會影響準確性。這種創新方法帶來了最高水平的準確性和性能。”伊曼紐爾·魯托維奇說。

Predictive Time-Step 是一種新型瞬態求解器，旨在克服電力電子仿真的挑戰，例如分析各種時間常數（開關瞬態、開關頻率、控制系統、熱。..。..）、不連續事件和大小模型本身。

圖 1：預測時間步長算法

圖2：SIMBA的界面

電源轉換

轉換器模型包含在仿真過程中不斷演變的各種時間常數。此類分析中的時間挑戰是設計師必須牢記的重要考慮因素。在切換事件期間具有正確的時間步長會導致良好模型和模擬的有效性。

“我們開發了 OTSF（最佳時間步長查找器）算法，該算法在瞬態仿真開始時和每次切換事件后調用。這種創新算法分析每個模型和整個電路，以確定在給定時間使用的最佳時間步長，”Rutovic 說

可靠的電子功率模擬所需的另一個關鍵方面是時間不連續事件的準確性。在 SIMBA 中，不連續性是切換事件或控制事件，例如狀態改變比較器。在這些事件發生時準確地模擬它們是極其重要的。

“我們創新的 NDETE（下一個不連續事件時間估計器）算法與主求解器并行運行。它的目標是減少控制或切換事件之前的時間步長。”

SIMBA 模擬引擎基于修正的節點分析。與經典的節點分析相比，改進的節點分析允許對理想電壓源和開關進行建模，具有速度和精度方面的優勢。

節點分析的另一個優點是它可以很好地擴展。其他方法，例如在其他工具中使用的狀態空間分析，不使用稀疏矩陣。這導致系統大小（節點數）和計算時間之間的二次關系。相反，節點分析矩陣是稀疏的（全零），如果使用高效的稀疏矩陣求解器，計算時間會隨著節點數量線性增長，這是一個主要優勢。

建模是模擬的基本初步階段，因為它允許通過數學、邏輯、統計、語言等方法，為模擬系統提供模擬所設計系統行為的必要功能機制。模型的可修改性和可重構性方面的靈活性允許模擬器在所有可能的條件下操作建模系統，以便研究其行為并驗證其用于生產目的。

審核編輯：郭婷