具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1示出了包含半桥T型三电平变流器的最小电路网络，以该电路为例，对现有技术中的T型三电平变流器暂态仿真进行示例性说明。其中，现有技术中主要包含以下三个步骤：

步骤1，网络元件的离散化。忽略开关管及二极管的正向导通压降，将图中开关管及二极管分别用“两态”可变电阻RT、RD代替。当开关管或二极管导通时，电阻取非常小的“通态”值(通常为0.01Ω)，否则取非常大的“断态”值(通常为1e8Ω)。接着，利用Dommel算法，将电容、电感离散为电阻和历史电流源并联的诺顿等效形式，等效电路如图2所示。

步骤2，生成网络节点电压方程。根据等效后的电路构建网络节点电压方程：

式中： v(t)为节点电压向量，i(t)为外部电流向量(E/Rs)，I_h(t)为历史项电流源向量(IhL和IhC)，[G(t)]为网络的电导矩阵。对于包含n个开关的电力网络，记其开关状态向量为， (0代表关断，1代表导通)。当网络中发生开关状态变化时，电导矩阵将随之变化，即：

步骤3，节点电压方程求解。在每一时步的计算中，首先求解控制系统，根据开关元件的支路电流/电压关系及门极信号判断开关状态，记为Xi-1(t)，接着求取系统的电导矩阵。其后根据外部电流向量及历史电流源向量计算节点电压向量，再根据支路信息求解各支路的内部电气量，更新历史电流源向量。最后进入下一时步。值得注意的是，电路网络中某些开关的变化可能同时导致其他开关的状态发生变化，称为同步开关。此时需依赖迭代计算来求取当前时刻的稳定开关状态。

具体地，计算完内部变量后，重新判断各开关的状态并形成新的开关状态向量，记为Xi (t)。若前后两次计算所得的开关状态向量不同()，表明部分开关动作进一步引发了同步开关动作，则将Xi (t)用于更新系统电导矩阵并再次求解得到开关状态向量Xi+1(t)。直到多次迭代后开关状态向量不再改变()，表明Xi(t)为t时刻稳定的开关状态组合，此时方可进入下一时步的计算流程。

可见，正如背景技术中所述，当仿真网络中包含大量开关元件时，由于同步开关导致的迭代过程需要对系统进行多次的全局因子分解，将直接导致仿真耗时剧增。

有鉴于此，本申请提供了一种T型三电平变流器仿真方法，以解决现有技术中在对T型三电平变流器仿真时，耗时较高的问题。

需要说明的是，本申请提供的T型三电平变流器仿真方法可以应用于电子设备100中，图3示出本申请实施例提供的电子设备100的一种示意性结构框图，电子设备100包括存储器102、处理器101和通信接口103，该存储器102、处理器101和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

存储器102可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例提供的T型三电平变流器仿真装置对应的程序指令或模块，处理器101通过执行存储在存储器102内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，进而执行本申请实施例提供的T型三电平变流器仿真方法的步骤。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-OnlyMemory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM），电可擦除可编程只读存储器（Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）等。

处理器101可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（NetworkProcessor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以理解，图3所示的结构仅为示意，电子设备100还可以包括比图3中所示更多或者更少的组件，或者具有与图3所示不同的配置。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

下面以电子设备100作为示意性执行主体，对本申请实施例提供的T型三电平变流器仿真方法进行示例性说明。

作为一种实现方式，请参阅图4，该T型三电平变流器仿真方法包括：

S102，获取开关组在上一时步中的状态、驱动信号、端电压、支路电流、桥臂电流、桥臂电压以及主路电流，其中，开关组包括开关管与二极管，且开关管与二极管反并联连接；

S104，依据在上一时步中的状态、驱动信号、端电压以及支路电流对开关组在当前时步的初始状态进行初步确定。

S106，依据上一时步中的状态、初始状态以及桥臂电流、桥臂电压以及主路电流确定开关组在当前时步是否发生同步开关事件，如果是，则执行S108。

S108，依据同步开关事件与开关组状态的对应关系更新开关组在当前时步的状态。

S110，依据开关组在当前时步的状态进行电磁暂态仿真。

其中，对于数据的采集，一般按照时步进行，每一时步相当于一个时间周期。同时，本申请所述的开关组中，开关管与二极管采用反并联的方式实现连接，即在任一时步，开关管中的开关管与二极管中仅能有一个导通。可选地，本申请所述的开关管可以采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），当然地，开关管也采用其它晶体管，例如MOS管等，本申请对此不作限定。

以开关管为IGBT为例，对本申请所述反并联进行说明，请参阅图1，图1中，开关管T1与二极管D1组成一个开关组，本申请所述的反并联，指IGBT的发射极与二极管的阳极连接，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，从而实现了反并联的连接方式。同理可知，对于其它的开关组，也同样采用该方式实现反并联。

可以理解地，在T型三电平变流器工作过程中，实际是多个开关组的状态不断变化的过程，因此若确定出了在每一时步中，所有开关管的状态，即可在地仿真过程中求解稳定的开关状态，无需求解稳定开关状态的过程，耗时更短。

作为一种实现方式，S102的步骤满足逻辑式：

其中，表示上一时步的状态，S（t）表示当前时步的状态，S（t）=0、1、2及=0、1、2中的数字0表示开关管关闭，二极管关闭的状态；1表示开关管关闭，二极管导通的状态，2表示开关管导通，二极管关闭的状态，G=0表示开关管的栅极输入低电平信号，G=1表示开关管的栅极输入高电平信号；i_ce表示支路电流，V_ce表示端电压。

其中，开关管及二极管的电路图如图5所示，其中，图5a为本申请实施例提供的开关管的示意图，图5b为本申请实施例提供的二极管的示意图。开关管及二极管各自具有“ON”和“OFF”两种状态。对于开关管，假设其初始开关状态为“OFF”，当外部条件出现门极驱动信号为“1”且端电压v_ce大于0时，其开关状态将变化为“ON”；假设其初始开关状态为“ON”，当外部条件出现门极驱动信号为“0”或者支路电流i_ce小于0时，其开关状态将变化为“OFF”。对于二极管，假设其初始状态为“OFF”，当其端电压v_ce小于0时，其开关状态将变化为“ON”；假设其初始开关状态为“ON”，当其支路电流i_ce大于0时，其开关状态将变化为“OFF”。

并且，由于对于任一开关组而言，开关组内的开关管和二极管都不可能同时导通，因此仅存在三种组合开关状态，分别定义为：

状态0：开关管关闭，二极管关闭；

状态1：开关管关闭，二极管导通；

状态2：开关管导通，二极管关闭。

因此，对于任一开关组而言，在获取上一时步中的状态、驱动信号、端电压以及支路电流后，即可对该开关组在当前时步的状态进行初步判断。

其中，可以理解地，该逻辑式实际表达的意思为：

对于任一开关组而言，当其在上一时步的状态为第三状态（对应上述状态2），且支路电流为负时，则确定当前时步的状态为第二状态（对应上述状态1）。

当任一开关管在上一时步的状态为第三状态、开关管的栅极输入低电平信号（即驱动信号为低电平信号）且支路电流为正时，确定当前时步的状态为第一状态（对应上述状态0）。

当在上一时步为第二状态、支路电流为正且开关管的栅极输入高电平信号时，确定当前时步的状态为第三状态。

当在上一时步为第二状态、开关管的栅极输入低电平信号且支路电流为正时，确定当前时步的状态为第一状态。

当在上一时步为第一状态、端电压为正且栅极输入高电平信号时，

确定当前时步的状态为第三状态。

当在上一时步为第一状态且端电压为负时，确定当前时步的状态为第二状态。

需要说明的是，如图1 所示，T型三电平变流器中包括多个开关组，上述当前时步的初始状态的确定，适用于每一开关管。还需要说明的是，如图5所示，本申请所述的支路电流，为流过开关组的电流i_ce，本申请所述的端电压，为流过开关组的电压v_ce。

还需要说明的是，上式根据当前支路电压/电流及驱动信号确定开关状态的过程为初步的判断，且并不能表示开关管在当前的状态。其原因为电路中某些开关状态变化的同时可能导致其余的开关状态发生连锁动作，而上述判断逻辑无法对此进行正确判断。因此还需要结合电路运行状态对同步开关事件进行预判并更新开关状态，即判断当前时步是否发生同步开关事件。

换言之，需要依据获取的数据，确定T型三电平变流器的开关组在当前时步的初始状态后，还需要判断是否因某些开关组的状态变化，导致其它开关组同步发生状态变化，当发生同步开关事件时，则需要对开关组的状态进行更新，若未发生同步开关事件，则表示各个开关管在当前时步按照初始状态运行，无需进行状态更新。

此外，由于开关管与二极管反并联连接，开关管的开通为主动开通，关断即为其反并联二极管的开通。因此判断T型三电平变流器同步开关事件也即判断内部所有二极管的通断，其判断依据为二极管的强制续流及强制关断。

下面进行示例性说明：

请参阅图6，图6为T型三电平变流器的一种电路图，T型三电平变流器包括第一开关组、第二开关组、第三开关组以及第四开关组，第一开关组位于上桥臂，第二开关组位于下桥臂，第三开关组与第四开关组位于主路。

在此基础上，作为一种实现方式，针对主开关状态从第三状态转变为第一状态的情形，S108包括：

当第一开关组在上一时步处于第三状态、第一开关组在当前时步处于第一状态且主路电流为正时，确定第二开关组在当前时步的状态为第二状态；此时，

当第四开关组在当前时步的驱动信号为高电平信号且下桥臂电压为正时，确定第三开关组在当前时步的状态为第二状态，第四开关组在当前时步的状态为第三状态，第二开关组在当前时步的状态为第一状态；

当主路电流为负时，确定第三开关组在当前时步的状态为第三状态，第四开关组在当前时步的状态为第二状态；

当第四开关组在当前时步的驱动信号为高电平信号且上桥臂电压为负时，确定第三开关组在当前时步的状态为第二状态，第四开关组在当前时步的状态为第三状态，第一开关组在当前时步的状态为第二状态；

当第四开关组在上一时步处于第三状态，第四开关组在当前时步处于第一状态且主路电流为正时，确定第二开关组在当前时步的状态为第二状态。

其中，若设上一时步提供正向桥臂电流的主开关为S1，其开关状态为“第三状态”，此时G1=0，G3=1。若本时步的开关状态变化为“第一状态”，优先判断由D2来提供电感电流续流通路。如果Vcn>0且G4=1，则续流通路更换为D3T4且D2将同时承受反压而关断。如路径1所示（图6中虚线箭头后标记1的路径即为路径1）；如果Vcn<0，则D4T3将由于承受正向电压而导通，电容Cp将通过D2、D4以及T3放电，T4无论门极信号为何都处于关断状态，如路径2所示（图6中虚线箭头后标记2的路径即为路径2）；如果Vcp<0且G4=1，则D1将由于承受正向电压而导通，电容Cp将通过D3、T4以及D1放电，如路径3所示（图6中虚线箭头后标记3的路径即为路径3）；此外当Vcn>0且G4=0、Vcp<0且G4=0、Vcp>0且G4为任意，这三种情况下都不会发生开关状态转移。

由此，可得出上述开关转移逻辑表达式为：

其中，S_{1_1}表示第一开关组在上一时步的状态，S_{4_1}表示第一开关组在上一时步的状态，ia表示主路电流，即流过图6中a点的电流。

同理地，当提供反向桥臂电流的主开关为S2或S4S3的情况与上述两类情况成对称关系，此处直接给出状态转移的逻辑表达式。

其逻辑表达式为：

即当第二开关组在上一时步处于第三状态、第二开关组在当前时步处于第一状态且主路电流为负时，确定第一开关组在当前时步的状态为第二状态；此时，

当第三开关组在当前时步的驱动信号为高电平信号且上桥臂电压为正时，确定第三开关组在当前时步的状态为第三状态，第四开关组在当前时步的状态为第二状态，第一开关组在当前时步的状态为第一状态；

当上桥臂的电压为负时，确定第三开关组在当前时步的状态为第二状态，第四开关组在当前时步的状态为第三状态；

当第三开关组在当前时步的驱动信号为高电平信号且下桥臂电压为负时，确定第三开关组在当前时步的状态为第三状态，第四开关组在当前时步的状态为第二状态，第二开关组在当前时步的状态为第二状态；

当第三开关组在上一时步处于第三状态，第三开关组在当前时步处于第一状态且主路电流为负时，确定第一开关组在当前时步的状态为第二状态。

此外，请参阅图7，当主开关状态从第一状态或第二状态转为第三状态时，其开关转移的逻辑表达式为：

即当第一开关组在上一时步不处于第三状态、第一开关组在当前时步处于第三状态且上桥臂电压为正时，确定第三开关组处于第一状态，第四开关组为第二状态；

当第一开关组在上一时步不处于第三状态、第一开关组在当前时步处于第三状态且上桥臂与下桥臂的电压之和为正时，确定第二开关组为第一状态；

当第一开关组在当前时步不处于第三状态、第四开关组在上一时步不处于第三状态、第四开关组在当前时步处于第三状态且的上桥臂电压为负时，确定第一开关组为第二状态；

当第一开关组在当前时步不处于第三状态、第四开关组在上一时步不处于第三状态、第四开关组在当前时步处于第三状态且的下桥臂电压为正时，确定第三开关组为第二状态，第二开关组为第一状态。

其中，设在本时步主开关S1的开关状态由非“第三状态”变化为“第三状态”，根据T型三电平驱动的假设条件，此时仅有一种开关门极信号组合：G1=1，G2=0，G3=0，G4=1。如果Vcp>0，即使T4的门极信号为1，S3、S4支路都将由于承受反压而断开；如果Vcp<0，则D1必将导通以提供电容Cp的放电通路，与T1导通的前置条件冲突，因此该条件不合理；如果Vcp+Vcn>0，随着T1的导通，D2将由于承受反向电压而关断；如果Vcn<0，由于T3的门极信号为0，电容Cp不会通过D2、D4、T3放电，因此Vcn为负不会引起开关状态转移。

设本时步S1的开关状态不为“状态2”，主开关S4的开关状态由非“第三状态”变化为“第三状态”，此时G1的电平可能为1或0。如果Vcp<0，则电容C1将通过D3、T4、D1放电，如路径3所示（图7中虚线箭头后标记5的路径即为路径5）；如果Vcp>0，该情况下不会发生开关状态转移；如果Vcn>0，则D2将由于承受反向电压而关断。如果Vcn<0，由于T4导通为前置条件，即使T3的门极信号为1，电容Cn也不可能通过D2、D4、T3放电，因此该条件不合理。

同理地，当S2、S3作为主开关，其状态由第一状态或第二状态到第三状态的情况与上述两类情况成对称关系，此处直接给出状态转移的逻辑表达式：

即当第二开关组在上一时步不处于第三状态、第二开关组在当前时步处于第三状态且下桥臂电压为正时，确定第三开关组处于第二状态，第四开关组为第一状态；

当第二开关组在上一时步不处于第三状态、第二开关组在当前时步处于第三状态且下桥臂与上桥臂的电压之和为正时，确定第一开关组处于第一状态；

当第二开关组在当前时步不处于第三状态、第三开关组在上一时步处于第三状态、第三开关组在当前时步处于第三状态且下桥臂电压为负时，确定第二开关组为第二状态；

当第二开关组在当前时步不处于第三状态、第三开关组在上一时步处于第三状态、第三开关组在当前时步处于第三状态且上桥臂电压为正时，确定第四开关组为第二状态，第一开关组为第一状态。

经过开关状态的初步判断及开关状态预判更新两个步骤，可以在当前时步直接求解出稳定的开关状态组合，进而无需进行迭代求解，其运算更加简单，耗时更短。

并且，本申请所述的电磁暂态仿真，是指在在获取T型三电平变流器在所有时步的开关状态组合后，确定其导纳矩阵，其具体仿真过程在此不再赘述。

此外，需要说明的时，采用本申请仿真方法的T 型三电平变流器可被封装建模为受条件触发的变阻抗元件，该元件不具有迭代求解稳定开关状态的过程。此外，如图1所示的半桥T型三电平变流器可通过直流侧并联构成全桥型、三相桥型以及多相桥型变流器，这些类型变流器的快速仿真模型可使用半桥型进行堆加来构建。因此可以得出对于包含N个半桥T型三电平变流器的电路拓扑，然后按照本申请提供的仿真方法，对N个T型三电平变流器的开关状态依次进行确定并形成导纳矩阵，然后对系统进行求解，进而实现整个系统的仿真。

基于上述实现方式，本申请还提供了一种T型三电平变流器仿真装置300，请参阅图8，该装置包括：

数据获取单元310，用于获取开关组在上一时步中的状态、驱动信号、端电压、支路电流以及桥臂电流，其中，开关组包括开关管与二极管。

可以理解地，通过数据获取单元310可执行步骤S102。

初步状态确定单元320，用于依据在上一时步中的状态、驱动信号、端电压以及支路电流对开关组在当前时步的状态进行初步确定。

可以理解地，通过初步状态确定单元320可执行步骤S104。

事件确定单元330，用于依据所述上一时步中的状态、所述初始状态以及所述桥臂电流确定所述开关组在当前时步是否发生同步开关事件。

可以理解地，通过事件确定单元330可执行步骤S106。

状态更新单元340，用于在当前时步发生同步开关事件时，依据所述同步开关事件与所述开关组状态的对应关系更新所述开关组在当前时步的状态。

可以理解地，通过状态更新单元340可执行步骤S108。

仿真单元350，用于依据开关组在当前时步的状态进行电磁暂态仿真。

可以理解地，通过仿真单元350可执行步骤S110。

初步状态确定单元320具体用于当在上一时步的状态为第三状态，且支路电流为负时，则确定当前时步的状态为第二状态；

当在当在上一时步的状态为第三状态、开关管的栅极输入低电平信号且支路电流为正时，确定当前时步的状态为第一状态；

当在上一时步为第二状态、支路电流为负且开关管的栅极输入高电平信号时，确定当前时步的状态为第三状态；

当在上一时步为第二状态、开关管的栅极输入低电平信号且支路电流为时，确定当前时步的状态为第一状态；

当在上一时步为第一状态、端电压为正且栅极输入高电平信号时，

确定当前时步的状态为第三状态；

当在上一时步为第一状态且端电压为负时，确定当前时步的状态为第二状态；

其中，当开关组处于第一状态时，开关管关闭，二极管关闭；当开关组处于第二状态时，开关管关闭，二极管导通，当开关组处于第三状态时，开关管导通，二极管关闭。

当然地，在上述实现方式中的每一步骤均有一对应的功能模块，由于上述实施例已经详细描述，因此在此不再进行赘述。

综上所述，本申请提供了一种T型三电平变流器仿真方法、装置、电子设备及存储介质，首先获取开关组在上一时步中的状态、驱动信号、端电压、支路电流、桥臂电流、桥臂电压以及主路电流，其中，开关组包括开关管与二极管，且开关管与二极管反并联连接；然后依据在上一时步中的状态、驱动信号、端电压以及支路电流对开关组在当前时步的初始状态进行初步确定；再依据上一时步中的状态、初始状态以及桥臂电流、桥臂电压以及主路电流确定开关组在当前时步是否发生同步开关事件；如果是，则依据同步开关事件与开关组状态的对应关系更新开关组在当前时步的状态；最后依据开关组在当前时步的状态进行电磁暂态仿真。由于本申请采用获取每个开关组在当前时步的状态及对状态进行更新的方式进行电磁暂态仿真，因此无需引入迭代方法求解，进而减少了迭代过程，使得仿真耗时更短，且效率更高。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

也要注意的是，框图和或流程图中的每个方框、以及框图和或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。