專利名稱：有效值阻抗模擬方法及裝置和有效值阻抗模擬用程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬通過(guò)有效值阻抗提供其特性的電氣元件的有效值阻抗模擬方法及其裝置、以及用于在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的有效值阻抗模擬用程序。
背景技術(shù)：
通常，在電路的過(guò)渡現(xiàn)象分析方法中，存在用有效值表示電路中流動(dòng)的電流、電壓的情況(參考文獻(xiàn)1H.W.Dommel和N.Sato，“快速瞬態(tài)穩(wěn)定性解決方案”，IEEE Trans.，電源設(shè)備系統(tǒng)，PAS-91，1643(1972))。這是假定電路上的電流、電壓是某一頻率(額定頻率)的交流時(shí)進(jìn)行計(jì)算的。由于這種分析是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的，因此稱為數(shù)字仿真。特別地，因?yàn)殡娏?、電壓用有效值表示，因此稱為有效值數(shù)字仿真。包含進(jìn)行這些分析的計(jì)算機(jī)裝置的情況稱為有效值數(shù)字仿真器。
在電路的電流、電壓不能用一定頻率的交流表示的情況下，不用有效值數(shù)字仿真方法，用下面的2種方法。
第1種方法是用電流、電壓等瞬時(shí)值表示的數(shù)值電路分析(仿真)。作為以瞬時(shí)值為對(duì)象的電路分析的例子可舉出EMPP(參考文獻(xiàn)2“電力系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)仿真”，雨谷明弘編著，OHM9月號(hào)別冊(cè)，1998年9月，aom社)。在這種分析方法中，流過(guò)電路的電流、電壓不需要是恒定的交流電壓，和有效值數(shù)字仿真相比，可進(jìn)行更寬范圍的電路網(wǎng)過(guò)渡現(xiàn)象分析。這種分析稱為瞬時(shí)值數(shù)字仿真，包含裝置的情況稱為瞬時(shí)值數(shù)字仿真器。
第2種方法是物理地作成具有與分析對(duì)象的電路相同特性的模型等價(jià)電路網(wǎng)、由此解析過(guò)渡現(xiàn)象的方法。與數(shù)字仿真相對(duì)應(yīng)，這稱為模擬仿真。
在這種狀況下，需要將用有效值阻抗表示的電氣元件和瞬時(shí)值仿真組合起來(lái)進(jìn)行過(guò)渡現(xiàn)象分析，也需要將用有效值阻抗表示的電氣元件和物理作成的電路網(wǎng)(模擬仿真)組合起來(lái)進(jìn)行電路網(wǎng)的過(guò)渡現(xiàn)象分析。
對(duì)于這種需要，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)單純的從動(dòng)元件組合作成具有與目標(biāo)有效值阻抗相等的有效值阻抗的電氣元件，利用可從外部控制的電壓源、電流源通過(guò)調(diào)整其大小進(jìn)行對(duì)應(yīng)。
例如，考慮頻率為50HZ、有效值阻抗為10+10jΩ的電氣元件在瞬時(shí)值仿真中表現(xiàn)的狀況和作為用于和模擬仿真器連接的物理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
作為現(xiàn)有的方法之一，考慮用圖7所示的電阻601和電感(線圈)602的串聯(lián)電路作為等價(jià)電路。在數(shù)字仿真器中，對(duì)于圖7的LR元件，適用通常的模型化方法(例如參考文獻(xiàn)2)。
但是，在該方法中，主要存在2個(gè)問(wèn)題。
一個(gè)問(wèn)題在于該電路的過(guò)渡現(xiàn)象特性。例如考慮包含圖7電路的圖8的電路。在圖8中，701是有效值阻抗模擬裝置，702是開(kāi)關(guān)，703是外部電壓源，704、705是地，706是連接點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))。
目前，打開(kāi)開(kāi)關(guān)702時(shí)，在圖中的節(jié)點(diǎn)706的點(diǎn)上產(chǎn)生非常高的電壓。這種特性最好不用于僅提供50Hz的復(fù)數(shù)阻抗的電路。在計(jì)算機(jī)上的數(shù)字仿真中使用該等價(jià)電路時(shí)，可能變成數(shù)值不穩(wěn)定的原因。在作為物理電路實(shí)現(xiàn)的情況下，可能由于高電壓造成電路故障等。
另一個(gè)問(wèn)題是，盡管這是所需要的，但在有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)難以實(shí)現(xiàn)其變化。例如考慮模擬時(shí)刻t＜0時(shí)有效值阻抗為10+10jΩ、時(shí)刻t≥0時(shí)有效值阻抗為10-10jΩ的電路。這在時(shí)刻t＜0時(shí)用圖7電路表示，在時(shí)刻t≥0時(shí)用圖9的電路表示。
在圖9中，801是電阻，802是電容。在計(jì)算機(jī)上的基于瞬時(shí)值的數(shù)值仿真中進(jìn)行時(shí)，在時(shí)刻t＝0時(shí)，產(chǎn)生如何向電容802充電的電荷初始化問(wèn)題。
作為物理電路實(shí)現(xiàn)這種表示方法時(shí)，需要準(zhǔn)備2個(gè)實(shí)際的線圈和電容，例如需要準(zhǔn)備圖10那樣的電路。
在圖10中，901是電阻，902是電感(線圈)，903是電容，904是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。圖10的情況也需要首先給電容903充電，此時(shí)的充電量及其方法就會(huì)成為問(wèn)題。有效值阻抗在多個(gè)時(shí)間序列中變化時(shí)，在物理電路中難以實(shí)現(xiàn)這種方式。
作為除此之外的現(xiàn)有方法，還有用電壓源、電流源表示有效值阻抗的方法。
例如，在圖11所示的電壓源中，考慮以控制電壓源的大小作為目的模擬有效值阻抗Z。在圖11中，1001是電壓源，1002是電壓源指示值計(jì)算部件。
這里，省略了日本專利特開(kāi)平11-252976號(hào)公報(bào)中記載的“電力系統(tǒng)高階波實(shí)時(shí)仿真器“的高階波部分，類似于交換電流電壓的關(guān)系。在該特開(kāi)平11-252976號(hào)公報(bào)的方法中，只以被測(cè)量的電壓為基準(zhǔn)決定電流相位，由測(cè)量出的電流有效值和提供的有效值阻抗計(jì)算電壓有效值，如果將其變換成瞬時(shí)值并驅(qū)動(dòng)電壓源，則可實(shí)現(xiàn)具有預(yù)期有效值阻抗特性的電路。
將流過(guò)電路的電流i變換成有效值I。根據(jù)E＝IZ計(jì)算有效值電壓E。
用E＝E0exp(jθ)表示時(shí)(E0是有效值振幅、θ是相位)，根據(jù)e=E0cos(ωt+θ)]]>控制電壓源(電壓放大器)，能得到作為目標(biāo)的有效值阻抗。
同樣地，在圖12所示的電流源中，通過(guò)控制電流源的大小可模擬作為目標(biāo)的有效值阻抗Z。在圖12中，1101是電流源，1102是電流源指示值計(jì)算部件。
將電路上施加的電壓v變換成有效值V。根據(jù)H＝V/Z計(jì)算有效值電流H。
在用H＝H0exp(jθ)表示時(shí)(H0是有效值振幅、θ是相位)，根據(jù)h=H0cos(ωt+θ)]]>，可得到作為目標(biāo)的有效值阻抗。
但是，在使用圖11、圖12的電壓源、電流源的方法中，由于外部電路而變得不穩(wěn)定。
例如，在用電壓源進(jìn)行模擬的方法中，作為外部電路，例如包含有效值阻抗模擬裝置1201、開(kāi)關(guān)1202、外部電壓源1203、地1204、1205和連接點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))1206的電路如圖13所示提供時(shí)，在開(kāi)關(guān)1202閉合時(shí)理論上流過(guò)無(wú)限大的電流。這在瞬時(shí)值數(shù)字仿真中使用這種方式時(shí)意味著出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，用作物理電路時(shí)意味著可能流過(guò)過(guò)電流并使機(jī)器損壞。
同樣地，例如在用電流源模擬的方法中，作為外部電路，包含有效值阻抗模擬裝置1301、開(kāi)關(guān)1302、外部電流源1303、地1304、1305和連接點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))1306的電路如圖14所示提供時(shí)，在開(kāi)關(guān)1302打開(kāi)時(shí)，理論上在節(jié)點(diǎn)1306處產(chǎn)生無(wú)限大的電壓。這在基于瞬時(shí)值的數(shù)值仿真中使用這種方式時(shí)意味著出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，用做物理電路時(shí)意味著可能產(chǎn)生過(guò)電壓并使機(jī)器損壞。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種有效值阻抗的模擬方法和裝置以及用于在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的有效值阻抗模擬用程序，即使在外部電路開(kāi)路、短路時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)電流、電壓無(wú)限大的情況，在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定、損壞物理裝置的可能性小。
本發(fā)明的目的是提供一種有效值阻抗的模擬方法和裝置以及用于在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的有效值阻抗模擬用程序，即使在要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也通過(guò)僅改變計(jì)算處理部件的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，不需要具有多個(gè)物理電路，也不需要進(jìn)行用于轉(zhuǎn)換連接的元件的初始化。
進(jìn)一步，本發(fā)明的目的是提供一種有效值阻抗的模擬方法和裝置以及用于在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的有效值阻抗模擬用程序，通過(guò)附加模擬基本頻率成分以外的阻抗的電路可對(duì)于大范圍的頻率進(jìn)行電路模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面1的有效值阻抗模擬方法，具有將電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)、測(cè)量流過(guò)該電阻和電流源的電流的步驟；將該被測(cè)電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在所述電阻和所述電流源上的電壓的步驟；將該被測(cè)電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入上述電流源的電流有效值的步驟；將計(jì)算的電流有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電流源輸入的步驟。
本發(fā)明的方面2的有效值阻抗模擬方法，具有將電阻和可從外部控制的電流源串聯(lián)、測(cè)量流過(guò)該電阻和電壓源的電流的步驟；將該被測(cè)電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在所述電阻和所述電壓源上的電壓的步驟；將該被測(cè)電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入上述電壓源的電壓有效值的步驟；將計(jì)算的電壓有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電壓源輸入的步驟。
本發(fā)明的方面3的有效值阻抗模擬方法，具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并列的電流源，在其時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上，將在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的電流源有效值；將該計(jì)算的電流源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電流源輸出的步驟。
本發(fā)明的方面4的有效值阻抗模擬方法，具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻串聯(lián)的電壓源，在其時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上，將在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的電壓源有效值；將該計(jì)算的電壓源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電壓源輸出的步驟。
本發(fā)明的方面5的有效值阻抗模擬方法，在權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)發(fā)明中，提供模擬作為分析對(duì)象的上述有效值基本頻率成分以外的阻抗的步驟。
本發(fā)明的方面6的有效值阻抗模擬裝置，具有第1瞬時(shí)值/有效值變換裝置，將電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)連接，測(cè)量在該電阻和電流源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量的電流瞬時(shí)值變換成有效值；第2瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和上述電流源上的電壓，將該測(cè)量的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第1計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算應(yīng)輸入到上述電流源中的電流有效值；第1有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電流有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電流源的輸入。
本發(fā)明的方面7的有效值阻抗模擬裝置，具有第3瞬時(shí)值/有效值變換裝置，將電阻和可從外部控制的電壓源串聯(lián)連接，測(cè)量該電阻和在電壓源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量出的電流的瞬時(shí)值變換成有效值；第4瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和電壓源上的電壓，將該測(cè)量出的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第2計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電壓源中的電壓的有效值；第2有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電壓的有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電壓源的輸入。
本發(fā)明的方面8的有效值阻抗模擬裝置是，在權(quán)利要求6或7的發(fā)明中，附加模擬作為分析對(duì)象的上述有效值基本頻率成分以外的阻抗的電路。
本發(fā)明的方面9的有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第1變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電流源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和與該電氣元件有關(guān)的電壓變換成有效值；第1計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電流源的有效值；第2變換裝置，將該計(jì)算出的電流源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電流源輸出。
本發(fā)明的方面10的有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第3變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電壓源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；第2計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電壓源的有效值；第4變換裝置，將該計(jì)算出的電壓源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電壓源輸出。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的等價(jià)電路圖和功能塊圖；圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例2的等價(jià)電路圖和功能塊圖；圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例3的等價(jià)電路圖和流程圖；圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例4的等價(jià)電路圖和流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)圖；圖6是常用的瞬時(shí)值數(shù)字仿真整個(gè)處理的圖；圖7是一例現(xiàn)有方法中使用的等價(jià)電路圖；圖8是一例現(xiàn)有方法中成為問(wèn)題的電路圖；圖9是另一例現(xiàn)有方法中使用的等價(jià)電路圖；圖10是另一例現(xiàn)有方法中使用的等價(jià)電路圖；圖11是另一例現(xiàn)有方法中使用的等價(jià)電路圖；圖12是另一例現(xiàn)有方法中使用的等價(jià)電路圖；圖13是另一例現(xiàn)有方法中成為問(wèn)題的電路圖；圖14是另一例現(xiàn)有方法中成為問(wèn)題的電路圖。
具體實(shí)施例方式
首先，對(duì)本發(fā)明的基本概念進(jìn)行說(shuō)明。
在本發(fā)明中，用有效值表現(xiàn)的電路表現(xiàn)為電阻和與其并聯(lián)的電流源(圖1)或者電阻和與其串聯(lián)的電壓源(圖2)。在圖1中，電流源輸出的電流(h)由將與元件有關(guān)的電壓(v)和流動(dòng)的電流(i)變換成有效值(V，I)計(jì)算電流源的有效值(H)，通過(guò)將其變換成瞬時(shí)值(h)來(lái)提供。在圖2中，電壓源輸出的電壓(e)由將與元件有關(guān)的電壓(v)和流動(dòng)的電流(i)變換成有效值(V，I)計(jì)算電壓源的有效值(E)，通過(guò)將其變換成瞬時(shí)值(e)來(lái)求出。
用物理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的例子是后述的實(shí)施例1、實(shí)施例2。
進(jìn)一步，在各時(shí)間截面中將電氣元件變換成電阻和與其并聯(lián)的電流源的電路瞬時(shí)值數(shù)字仿真(參考文獻(xiàn)2)的整個(gè)處理流程如圖6。即，在步驟501中，進(jìn)行初始化處理(n是用第n個(gè)時(shí)間截面t＝nΔT表示的值)，在步驟502中，求出各元件的時(shí)間截面上的等價(jià)電路(電阻值R，電流源hn)，在步驟503中，解電路網(wǎng)方程式，計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓，在步驟504中，將n僅加1，在步驟505中，判斷整個(gè)處理是否結(jié)束，如果處理沒(méi)有結(jié)束，返回步驟502中重復(fù)同樣的動(dòng)作，如果處理結(jié)束，則終止一連串處理動(dòng)作。其中提供有效值阻抗的電路用圖3、圖4的等價(jià)電路表示，模擬其特性。
用物理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的例子是后述的實(shí)施例3、實(shí)方施例4。
下面，根據(jù)

該發(fā)明的各實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1表示在本說(shuō)明實(shí)施例1中使用的等價(jià)電路和功能塊。
在本實(shí)施例中，例如頻率為50Hz(基本頻率)、有效值阻抗為Z(復(fù)數(shù))的電路用圖1所示的等價(jià)電路表示。
圖中，101是電阻，102是電流源，103是電流源指示值計(jì)算部，104是作為第1瞬時(shí)值/有效值變換裝置的瞬時(shí)值/有效值變換部，105是作為第2瞬時(shí)值/有效值變換裝置的瞬時(shí)值/有效值變換部，106是作為第1計(jì)算處理裝置的計(jì)算處理部，107是作為第1有效值/瞬時(shí)值變換裝置的有效值/瞬時(shí)值變換部。
這里，等價(jià)電路中的電阻101的值R任意選擇(0和無(wú)限大以外)。測(cè)量電路兩端的電位差v和流過(guò)電路的電流i。分別通過(guò)瞬時(shí)值/有效值變換部104和105將它們變換成有效值并作為V、I。通過(guò)計(jì)算處理部106對(duì)該有效值V、I進(jìn)行計(jì)算處理并確定電流源102的有效值H。例如可作成H＝(R-Z)(V/Z+I)/(2R)。有效值H通過(guò)有效值/瞬時(shí)值變換部107變換成瞬時(shí)值h，將其作為輸入驅(qū)動(dòng)電流源102時(shí)，圖1電路的有效值阻抗為Z。
這樣，在本實(shí)施例中，通過(guò)在電流源上并聯(lián)連接電阻，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，可進(jìn)行在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬。
即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理部的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)。因此，有效值阻抗模擬不需要具有多個(gè)物理電路，也不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接用元件的初始化。
實(shí)施例2圖2表示在本說(shuō)明實(shí)施例2中使用的等價(jià)電路和功能塊。
在本實(shí)施例中，頻率為50Hz、有效值阻抗為Z的電路用圖2所示的等價(jià)電路表示。
圖中，201是電阻，202是電流源，203是電壓源指示值計(jì)算部，204是作為第3瞬時(shí)值/有效值變換裝置的瞬時(shí)值/有效值變換部，205是作為第4瞬時(shí)值/有效值變換裝置的瞬時(shí)值/有效值變換部，206是作為第2計(jì)算處理裝置的計(jì)算處理部，207是作為第2有效值/瞬時(shí)值變換裝置的有效值/瞬時(shí)值變換部。
這里，等價(jià)電路中的電阻201的值R任意選擇(0和無(wú)限大以外)。測(cè)量電路兩端的電位差v和流過(guò)電路的電流i。分別通過(guò)瞬時(shí)值/有效值變換部204和205將它們變換成有效值并作為V、I。通過(guò)計(jì)算處理部206對(duì)該有效值V、I進(jìn)行計(jì)算處理并確定電壓源202的有效值E。例如可作成E＝(R-Z)(V+IZ)/(2R)。有效值E通過(guò)有效值/瞬時(shí)值變換部207變換成瞬時(shí)值e，將其作為輸入驅(qū)動(dòng)電壓源202時(shí)，圖2電路的有效值阻抗為Z。
這樣，在本實(shí)施例中，通過(guò)在電壓源上并聯(lián)連接電阻，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，可進(jìn)行在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬。
即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理部的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)。因此，有效值阻抗模擬不需要具有多個(gè)物理電路，也不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接用元件的初始化。
第3實(shí)施例圖3是在本發(fā)明實(shí)施例3中使用的等價(jià)電路和流程圖。
在本實(shí)施例中，在電路過(guò)渡現(xiàn)象的瞬時(shí)值數(shù)字仿真(參考文獻(xiàn)2)中，有效值阻抗Z在各時(shí)間截面中用圖3所示的電阻301(電阻值R)和電流源302(瞬時(shí)值hn)并聯(lián)的等價(jià)電路表示。以下，添加的符號(hào)(n)表示第n個(gè)時(shí)間截面t＝nΔT的值。
這里，等價(jià)電路中的電阻301的值R任意選擇(0和無(wú)限大以外)。在每個(gè)時(shí)間截面中，電路兩端的電位差vn通過(guò)解釋前面時(shí)刻的電路網(wǎng)方程式的處理(圖6的步驟503)求出。由其和R、hn的值計(jì)算流過(guò)電路的電流in(步驟303)。通過(guò)變換處理(步驟304第1變換裝置)這些量和以前時(shí)間截面中的量(vn-1，vn-2，……，in-1，in-2，……)變換成有效值Vn、In。通過(guò)適當(dāng)?shù)挠?jì)算處理(步驟305第1計(jì)算裝置)由有效值Vn、In計(jì)算下一時(shí)刻的電流源有效值Hn+1。例如可作成Hn+1＝(R-Z)(Vn/Z+In)/(2R)。通過(guò)有效值/瞬時(shí)值變換處理(步驟306第2變換裝置)將有效值Hn+1變換成瞬時(shí)值hn+1，并將仿真推進(jìn)到在時(shí)刻t＝(n+1)ΔT的電流源302(瞬時(shí)值hn+1)。由此，圖3電路的有效值阻抗為Z。
由此，在本實(shí)施例中，通過(guò)在電流源上并聯(lián)連接電阻，即使外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不變得無(wú)限大，可進(jìn)行在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬。
即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理部的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)。因此，有效值阻抗模擬不需要具有多個(gè)物理電路，也不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接用元件的初始化。
實(shí)施例4圖4是在本發(fā)明實(shí)施例4中使用的等價(jià)電路和流程圖。
在本實(shí)施例中，在電路過(guò)渡現(xiàn)象的瞬時(shí)值數(shù)字仿真(參考文獻(xiàn)2)中，有效值阻抗Z在各時(shí)間截面中用圖4所示的電阻401(電阻值R)和電壓源402(瞬時(shí)值en)串聯(lián)的等價(jià)電路表示。以下，添加的符號(hào)(n)表示第n個(gè)時(shí)間截面t＝nΔT的值。
這里，等價(jià)電路中的電阻401的值R任意選擇(0和無(wú)限大以外)。在每個(gè)時(shí)間截面中，電路兩端的電位差vn通過(guò)解釋前面時(shí)刻的電路網(wǎng)方程式的處理(圖6的步驟503)求出。由其和R、en的值計(jì)算流過(guò)電路的電流in(步驟403)。通過(guò)變換處理(步驟404第3變換裝置)將這些量和以前時(shí)間截面中的量(vn-1，vn-2，……，in-1，in-2，……)變換成有效值Vn、In。通過(guò)適當(dāng)?shù)挠?jì)算處理(步驟405第2計(jì)算裝置)由有效值Vn、In計(jì)算下一時(shí)刻的電壓源有效值En+1。例如可作成En+1＝(R-Z)(Vn+InZ)/(2R)。通過(guò)有效值/瞬時(shí)值變換處理(步驟406第4變換裝置)將有效值En+1變換成瞬時(shí)值en+1，并將仿真推進(jìn)到在時(shí)刻t＝(n+1)ΔT的電壓源402(瞬時(shí)值en+1)。由此，圖4電路的有效值阻抗為Z。
由此，在本實(shí)施例中，通過(guò)在電壓源上并聯(lián)連接電阻，即使外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不變得無(wú)限大，可進(jìn)行在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬。
即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理部的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)。因此，有效值阻抗模擬不需要具有多個(gè)物理電路，也不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接用元件的初始化。
實(shí)施例5圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)圖。
圖中，1401是有效值阻抗模擬裝置，1402是表示其他頻率范圍的阻抗特性的電路。
在本實(shí)施例中，除了上述實(shí)施例1或2中實(shí)現(xiàn)的有效值阻抗模擬裝置1401以外，還附加表示將有效值作為分析對(duì)象的頻率以外范圍的阻抗特性的電路1402。
由此，能對(duì)應(yīng)比較大的頻率范圍實(shí)現(xiàn)阻抗模擬裝置。當(dāng)然，這對(duì)于上述實(shí)施例3、4的情況也同樣適用。
這樣，在本實(shí)施例中，通過(guò)附加模擬基本頻率成分以外的阻抗的電路，能對(duì)大范圍的頻率進(jìn)行電路模擬。
此外，在上述各實(shí)施例中，對(duì)使用變換成有效值的電流(I)和電壓(V)兩方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入電流源的電流有效值(H)的情況進(jìn)行說(shuō)明，但即使用變換成有效值的電流(I)和電壓(V)中的一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入電流源的電流有效值(H)，也能得到同樣效果。
發(fā)明效果如上所述，根據(jù)方面1的發(fā)明，具有將電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電流源中流動(dòng)的電流的步驟；將該測(cè)量出的電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在上述電阻和上述電流源上的電壓的步驟；將該測(cè)量出的電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電流源中的電流有效值的步驟；將該計(jì)算出的電流有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電流源輸入的步驟，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬方法這樣的效果。
根據(jù)方面2的發(fā)明，具有將電阻和可從外部控制的電壓源串聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電壓源中流動(dòng)的電流的步驟；將該測(cè)量出的電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在上述電阻和上述電壓源上的電壓的步驟；將該測(cè)量出的電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電壓源中的電壓有效值的步驟；將該計(jì)算出的電壓有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電壓源輸入的步驟，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬方法這樣的效果。
根據(jù)方面3的發(fā)明，具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電流源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其之前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和涉及該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的上述電流源有效值的步驟；將該計(jì)算出的電流源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電流源輸出的步驟，模擬具有有效值阻抗的電氣元件，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬方法這樣的效果。
根據(jù)方面4的發(fā)明，具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻串聯(lián)的電壓源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其之前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和涉及該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的上述電壓源有效值的步驟；將該計(jì)算出的電壓源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電壓源輸出的步驟，模擬具有有效值阻抗的電氣元件，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬方法這樣的效果。
根據(jù)方面5的發(fā)明，附加模擬作為分析對(duì)象的上述有效值的基本頻率成分以外的阻抗的步驟，因此，具有能實(shí)現(xiàn)與比較大的頻率范圍相對(duì)應(yīng)的阻抗模擬方法的效果。
根據(jù)方面6的發(fā)明，具有第1瞬時(shí)值/有效值變換裝置，電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電流源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量出的電流瞬時(shí)值變換成有效值；第2瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和上述電流源上的電壓，將該測(cè)量的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第1計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電流源中的電流有效值；第1有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電流有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電流源的輸入，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬裝置這樣的效果。
根據(jù)方面7的發(fā)明，具有第3瞬時(shí)值/有效值變換裝置，將電阻和可從外部控制的電壓源串聯(lián)連接，測(cè)量該電阻和在電壓源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量出的電流的瞬時(shí)值變換成有效值；第4瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和電壓源上的電壓，將該測(cè)量出的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第2計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電壓源中的電壓的有效值；第2有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電壓的有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電壓源的輸入，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬裝置這樣的效果。
根據(jù)方面8的發(fā)明，附加模擬作為分析對(duì)象的上述有效值基本頻率成分以外的阻抗的電路，因此，具有能實(shí)現(xiàn)與比較大的頻率范圍心電圖的阻抗模擬裝置的效果。
根據(jù)方面9的發(fā)明，有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第1變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電流源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和與該電氣元件有關(guān)的電壓變換成有效值；第1計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電流源的有效值；第2變換裝置，將該計(jì)算出的電流源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電流源輸出，用所述程序模擬具有有效值阻抗的電氣元件，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬用程序這樣的效果。
根據(jù)方面10的發(fā)明，有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第3變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電壓源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和與該電氣元件有關(guān)的電壓變換成有效值；第2計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電壓源的有效值；第4變換裝置，將該計(jì)算出的電壓源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電壓源輸出，用上述程序模擬具有有效值阻抗的電氣元件，因此，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，也能實(shí)現(xiàn)在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小的有效值阻抗模擬方法，并且，即使要模擬的有效值阻抗隨時(shí)間變化時(shí)，也能通過(guò)僅改變計(jì)算處理步驟的計(jì)算式來(lái)對(duì)應(yīng)，因此，具有能實(shí)現(xiàn)不需要具有多個(gè)物理電路、也不需要對(duì)轉(zhuǎn)換連接用元件進(jìn)行初始化的有效值阻抗模擬用程序這樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種有效值阻抗模擬方法，其特征在于具有將電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電流源中流動(dòng)的電流的步驟；將該測(cè)量出的電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在上述電阻和上述電流源上的電壓的步驟；將該測(cè)量出的電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電流源中的電流有效值的步驟；以及將該計(jì)算出的電流有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電流源輸入的步驟。
2.一種有效值阻抗模擬方法，其特征在于具有將電阻和可從外部控制的電壓源串聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電壓源中流動(dòng)的電流的步驟；將該測(cè)量出的電流變換成有效值的步驟；測(cè)量施加在上述電阻和上述電壓源上的電壓的步驟；將該測(cè)量出的電壓變換成有效值的步驟；使用變換成該有效值的電流和電壓中至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電壓源中的電壓有效值的步驟；以及將該計(jì)算出的電壓有效值變換成瞬時(shí)值作為上述電壓源輸入的步驟。
3.一種有效值阻抗模擬方法，其特征在于具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電流源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其之前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的上述電流源有效值的步驟；以及將該計(jì)算出的電流源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電流源輸出的步驟；
4.一種有效值阻抗模擬方法，其特征在于具有變換步驟，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻串聯(lián)的電壓源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其之前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；計(jì)算步驟，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上的上述電壓源有效值；以及將該計(jì)算出的電壓源有效值變換成瞬時(shí)值并在下一個(gè)時(shí)間截面上作為電壓源輸出的步驟；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的有效值阻抗模擬方法，其特征在于，附加模擬作為分析對(duì)象的上述有效值的基本頻率成分以外的阻抗的步驟。
6.一種有效值阻抗模擬裝置，其特征在于具有第1瞬時(shí)值/有效值變換裝置，電阻和可從外部控制的電流源并聯(lián)，測(cè)量在該電阻和電流源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量出的電流瞬時(shí)值變換成有效值；第2瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和上述電流源上的電壓，將該測(cè)量的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第1計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電流源中的電流有效值；以及第1有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電流有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電流源的輸入。
7.一種有效值阻抗模擬裝置，其特征在于具有第3瞬時(shí)值/有效值變換裝置，將電阻和可從外部控制的電壓源串聯(lián)連接，測(cè)量該電阻和在電壓源中流動(dòng)的電流，將該測(cè)量出的電流的瞬時(shí)值變換成有效值；第4瞬時(shí)值/有效值變換裝置，測(cè)量施加在上述電阻和電壓源上的電壓，將該測(cè)量出的電壓瞬時(shí)值變換成有效值；第2計(jì)算處理裝置，使用變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方來(lái)計(jì)算應(yīng)輸入到上述電壓源中的電壓的有效值；以及第2有效值/瞬時(shí)值變換裝置，將該計(jì)算出的電壓的有效值變換成瞬時(shí)值，作為上述電壓源的輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的有效值阻抗模擬裝置，其特征在于，還附加有模擬作為分析對(duì)象的上述有效值基本頻率成分以外的阻抗的電路。
9.一種有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第1變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電流源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和與該電氣元件有關(guān)的電壓變換成有效值；第1計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電流源的有效值；以及第2變換裝置，將該計(jì)算出的電流源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電流源輸出。
10.一種有效值阻抗模擬用程序，用于使以下裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)第3變換裝置，電氣元件在各時(shí)間截面上表現(xiàn)為電阻和與該電阻并聯(lián)的電壓源，將在某個(gè)時(shí)間截面和其以前的時(shí)間截面上在上述電氣元件中流動(dòng)的電流和施加在該電氣元件的電壓變換成有效值；第2計(jì)算裝置，由變換成該有效值的電流和電壓中的至少一方計(jì)算下一個(gè)時(shí)間截面上上述電壓源的有效值；以及第4變換裝置，將該計(jì)算出的電壓源的有效值變換成瞬時(shí)值并作為下一個(gè)時(shí)間截面上的電壓源輸出。
全文摘要
提供一種有效值阻抗模擬方法和裝置，即使在外部電路開(kāi)路和短路時(shí)，電流、電壓也不會(huì)變得無(wú)限大，可進(jìn)行在數(shù)值分析上出現(xiàn)不穩(wěn)定性、物理裝置受損可能性小。該裝置具有將測(cè)量出的電流瞬時(shí)值變換成有效值(I)的瞬時(shí)值/有效值變換部104，將測(cè)量出的電壓瞬時(shí)值變換成有效值(V)的瞬時(shí)值/有效值變換部105，計(jì)算應(yīng)輸入電流源的電流有效值(H)的計(jì)算處理部106，將計(jì)算出的電流有效值(H)變換成瞬時(shí)值(h)、作為電流源輸入的有效值/瞬時(shí)值變換部107。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1399388SQ02128640
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者藤本康, 德原克久, 三間均, 佐藤信之 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社, 東京電力株式會(huì)社