本發明屬于電力電子建模與仿真，具體涉及一種適用于多時間尺度仿真的dc/dc電源模塊行為級等效建模方法。
背景技術：
1、在現代復雜的供配電系統（如航空航天、電動汽車、數據中心、可再生能源系統）中，存在大量dc/dc開關電源模塊，用于電壓轉換和功率分配。在系統設計、穩定性分析、故障診斷和能量優化過程中，需要進行大規模的系統級仿真。
2、傳統的仿真方法主要面臨以下問題：
3、（1）仿真速度慢：使用包含詳細開關器件（如mosfet、二極管）和控制環路細節的開關模型（如基于spice的模型）進行仿真，由于開關頻率高（幾十khz至幾mhz），仿真步長必須非常小，導致在包含成百上千個模塊的系統仿真中計算量巨大，耗時極長。
4、（2）收斂性問題：開關動作引入的強非線性與不連續性，容易導致數值迭代算法不收斂，仿真中斷，尤其是在系統存在大擾動或故障工況時。
5、（3）時間常數不匹配：供配電系統包含多種動態過程，如電機負載的機械動態（秒級）、母線電壓的慢速波動（毫秒至秒級）、電源模塊的快速環路響應（微秒至毫秒級）以及開關紋波（納秒至微秒級）。傳統開關模型強行模擬所有細節，導致系統仿真被迫采用最小時間常數步進，效率極低。
6、（4）模型兼容性差：開關模型的實現高度依賴特定仿真軟件或廠商提供的黑箱模型，難以與其他物理域（如熱、磁、控制）模型或不同精度的電氣模型進行靈活集成與協同仿真。
7、因此，迫切需要一種能準確描述dc/dc模塊外部端口電特性（輸入/輸出關系）、摒棄內部開關細節、同時保證仿真速度與魯棒性的行為級等效建模方法。
技術實現思路
1、本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種dc/dc開關電源模塊外部電特性行為級等效建模方法，該方法能夠實現供配電系統的高效、穩健、大規模仿真。
2、實現本發明的技術方案如下：
3、一種適用于多時間尺度仿真的dc/dc電源模塊行為級等效建模方法，具體過程為：
4、首先，建立dc/dc電源模塊等效模型架構，包括：靜態傳遞與調整率單元、大信號動態響應單元以及損耗與效率單元，其中，靜態傳遞與調整率單元用于描述穩態下輸入電壓、輸出負載與輸出電壓的關系，以及電壓調整率/負載調整率；大信號動態響應單元用于描述輸入電壓階躍和輸出負載階躍下的輸出電壓瞬態響應過程；損耗與效率單元用于計算模塊損耗和效率，并反映到輸入電流上；
5、其次，提取dc/dc電源模塊的特性參數，并映射至等效模型內部單元中；
6、再次，在模型內置不同復雜度的動態子模型，通過外部時間尺度選擇參數進行切換。
7、可選的，本發明所述靜態傳遞與調整率單元中的特性參數映射包括：
8、輸入電壓范圍特征參數映射：輸入電壓保護特性采用判斷語句實現，如果或，則，其他情況輸出調整后的電壓；
9、輸出電壓穩壓特性參數映射：額定工況下，實際輸出電壓采用標稱電壓與調整量求和的形式表示為：
10、
11、其中：為輸入電壓變化時的輸出電壓調整量；為輸出負載變化時的輸出電壓調整量；
12、電壓調整率特性參數映射：由一個電壓控制電壓源實現，其傳遞函數為：
13、其中，為輸入電壓變化引起的輸出電壓變化率；
14、負載調整率參數映射：由一個電流控制電壓源實現，與上述電壓源串聯，共同決定靜態工作點電壓為：
15、。
16、其中，為負載電流變化引起的輸出電壓變化率。
17、可選的，本發明所述模型特性參數映射至大信號動態響應單元，包括：
18、輸入電壓階躍響應特性參數映射：一階系統傳遞函數和二階系統傳遞函數來模擬輸入電壓階躍下的動態響應特性；當前系統已達到穩定輸出電壓，在此基礎上，輸入階躍值為，輸出為；
19、輸出負載階躍響應特性參數映射：采用獨立的一階系統和二階系統低通濾波環節gload(s)來模擬，階躍擾動量為輸出負載電流變化量，輸出為電壓補償量，最終動態輸出電壓，gload(s)的參數通過擬合負載階躍響應曲線獲得。
20、可選的，本發明所述輸入電壓階躍響應特性參數映射：一階系統傳遞函數為：
21、
22、其中，其中，y(s)為輸出階躍電壓，u(s)為輸入階躍電壓，為傳遞函數系數，為調整時間常數，s表示拉普拉斯算子。
23、可選的，本發明所述輸入電壓階躍響應特性參數映射：二階系統傳遞函數為：
24、
25、其中，y(s)為輸出階躍電壓，u(s)為輸入階躍電壓，為傳遞函數系數，為阻尼比，為自然頻率。
26、可選的，本發明所述模型特性參數映射損耗與效率單元，包括：
27、電源效率為輸出功率與輸入功率的比值，由效率-功率測量散點圖通過擬合得到效率-功率曲線，損耗與效率單元根據=/和計算得到輸入電流=/。
28、可選的，本發明所述在模型內置不同復雜度的動態子模型，通過外部“時間尺度選擇”參數進行切換，具體為：
29、準靜態模式：適用于秒級以上的長期能量流仿真，僅使能靜態傳遞與調整率單元和損耗與效率單元；
30、動態模式：適用于毫秒至秒級的機電暫態、負載投切仿真，使能大信號動態響應單元中的一階系統模型，使能損耗與效率單元；
31、詳細動態模式：適用于百微秒至毫秒級的環路穩定性、母線電壓動態仿真，使能大信號動態響應單元中的二階系統模型，使能損耗與效率單元。
32、可選的，本發明所述動態子模型還包括開關紋波模式，適用于需要評估紋波影響的仿真，在動態模式和詳細動態模式的基礎上，在輸出電壓上疊加一個與開關頻率和占空比相關的周期性小信號紋波電壓源。
33、可選的，本發明通過spice的行為建模擴展實現模型構建，實際仿真平臺為saber軟件。
34、可選的，本發明還進一步判斷仿真結果是否滿足精度要求，若不滿足，則重新進行模型構建。
35、有益效果：
36、本發明提出的dc/dc開關電源模塊的行為級等效建模技術通過等效電路和數學函數方程替代了內部開關工作模式，消除了開關頻率的快速動態，保證了模型線性連續，適應不同時間范圍的仿真需求。該技術能夠將仿真速度提升10-100倍，顯著改善收斂性，同時保持關鍵動態特性的建模精度，是系統級供配電仿真分析的有效工具。
37、第一，極快的仿真速度：模型為連續解析模型或集中參數電路，無開關事件，仿真步長可大幅增加，系統級仿真速度可比傳統開關模型提升數十倍至數百倍。
38、第二，卓越的收斂性：模型連續可微，避免了開關不連續性，在系統大擾動仿真中仍能保持優異的數值收斂魯棒性。
39、第三，完美的多時間尺度匹配：通過模式切換，用戶可根據仿真關注的重點，靈活選擇合適的模型動態精度，實現從“能量管理”到“動態性能”的全頻譜高效仿真。
40、第四，高精度與保真度：模型嚴格復現了模塊數據手冊中定義的各項關鍵外部特性（調整率、效率、階躍響應），足以滿足絕大多數系統級分析的需求。
41、第五，通用性與易用性：建模方法不依賴于具體拓撲（buck，?boost，?buck-boost等），適用于各類隔離/非隔離dc/dc模塊。模型參數可從數據手冊直接獲取，無需復雜的參數辨識。