本发明涉及晶闸管电热耦合模型求解，具体涉及一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法、装置、设备及介质。
背景技术：
1、在电力电子领域，晶闸管的稳定性对于高压直流传输系统和变频器等应用至关重要。晶闸管的内部结温和功率损耗直接影响其性能和可靠性。电热耦合现象在这里扮演了重要角色，因为电子元件在运行时不仅产生电流也产生热量。过高的结温可能导致器件失效，进而影响系统稳定性。因此，精确估算晶闸管的内部结温和损耗成为了一个关键挑战。
2、传统方法通常独立考虑电学和热学分析，但这种方法忽略了两者之间的相互作用。电热耦合模型的出现弥补了这一点，它综合考虑电流产生的热效应及其对器件性能的影响。这种模型的应用不仅提高了晶闸管设计的精确度，也为故障预测和健康监测提供了新的可能性。因此，开发一种高效、准确的晶闸管电热耦合分析方法对于提高晶闸管的可靠性和电力系统的整体性能至关重要。
3、在晶闸管电热耦合老化建模领域的研究中，学者们已经开展了一系列的探索。这些研究主要集中在如何准确模拟和预测半导体器件，在长期运行过程中由于电热耦合效应所导致的老化和退化。例如，通过建立晶闸管电热耦合模型，研究者能够模拟晶闸管功率器件在不同工作条件下的热分布和应力状态，进而评估其老化速率和可靠性。
4、在晶闸管电热耦合老化建模的研究中，模型复杂度和计算成本的问题尤为显著。这些模型需要处理复杂的物理和数学问题，如温度场的动态变化、材料特性的非线性，以及电流和热流之间的复杂相互作用。这种复杂性意味着模型需要使用高级的数值方法和大量的计算资源来解决。例如，边界元分析等技术在计算上非常密集，特别是在三维空间和长时间尺度上的模拟。此外，为了保证模型的精确度，需要大量的实验数据来校准和验证模型。这不仅增加了前期的实验工作量，也增加了数据处理和分析的难度。在实际应用中，这种高计算成本和数据需求可能导致模型的应用受限，尤其是在资源有限的环境中。因此，降低模型的复杂度和提高计算效率，同时保证模型精度，是当前晶闸管电热耦合老化建模领域面临的重要挑战。
5、长期可靠性预测的不确定性是晶闸管电热耦合老化建模领域中一个重要的问题。这种不确定性主要源于半导体器件老化过程的复杂性，因为这一过程受到多种因素的影响。例如，器件的老化不仅与其运行的环境温度、电流强度和频率有关，还与器件的材料特性、制造过程、结构设计等因素紧密相关。这些因素的相互作用使得预测长期可靠性变得极为复杂。当前的模型往往基于特定的假设和简化，这可能无法完全捕捉到所有影响老化的因素。特别是在极端或不常见的操作条件下，这些模型的预测结果的准确性可能会大幅下降。因此，尽管现有模型在一定程度上可以预测和评估老化影响，但在长期可靠性方面的预测仍然存在一定的不确定性，这对于提高器件设计的可靠性和寿命预测的准确性构成了挑战。
6、数据适应性和泛化能力是晶闸管电热耦合老化建模中的一个关键挑战。现有模型往往是基于特定数据集开发的，这些数据集可能仅代表了特定类型的器件或特定的操作条件。因此，当模型应用于新的或不同类型的器件时，其预测准确性可能会受到影响。这种现象主要是由于模型未能充分捕捉到不同器件或条件下的电热行为差异。此外，由于半导体器件的性能和行为会随着新材料、新工艺的发展而变化，现有模型可能难以适应这些变化，从而限制了其在未来技术中的应用。因此，提高模型的泛化能力，使其能够适应不同类型器件和广泛的操作条件，是当前研究中亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法、装置、设备及介质，解决了现有技术中存在的问题。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、第一方面，本发明提供一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法，包括：
4、a、针对目标晶闸管设备，建立对应的晶闸管电热耦合模型；
5、b、将晶闸管电热耦合模型中的连续方程离散化，形成一组非线性代数方程；
6、c、使用牛顿法将所述非线性代数方程组线性化，确定非线性代数方程对应的解；
7、d、针对每次牛顿迭代中产生的线性系统，应用krylov子空间方法进行求解；
8、e、在每次牛顿迭代后，检查非线性代数方程对应的解的收敛性；
9、f、若未达到收敛条件，则使用krylov方法求得的解更新晶闸管模型的状态，并重复步骤c至e；
10、g、若达到收敛条件，则求解过程完成。
11、本发明提供的一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法，专门用于晶闸管内部电热耦合问题的高效处理，该方法结合了牛顿法的非线性求解能力和krylov子空间方法的高效线性系统处理特性，为晶闸管的电热互作用提供了一种精确且高效的解决方案。通过本方法，可以有效地模拟和分析晶闸管在实际运行环境中的电热行为，优化其性能和可靠性；这对于提高晶闸管在电力系统中的稳定性和效率至关重要，同时在晶闸管的设计、故障诊断以及热管理系统优化方面具有重要的实际应用价值。
12、在一种可能的实施方式中，当求解过程完成之后，还包括：对结果进行处理分析；
13、其中，处理分析包括温度分布的可视化、热应力分析以及对晶闸管性能评估。
14、在一种可能的实施方式中，针对目标晶闸管设备，建立对应的晶闸管电热耦合模型，包括：
15、a1、收集晶闸管的基本参数；
16、a2、确定晶闸管的典型工作条件；
17、a3、根据晶闸管的电气参数以及典型工作条件，建立电学模型；
18、a4、考虑晶闸管材料的热导率、热容以及与周围环境的热交换情况，建立热学模型；
19、a5、使用直接耦合法将电学模型与热学模型耦合，得到晶闸管电热耦合模型。
20、在一种可能的实施方式中，所述步骤a1中的基本参数包括正向电压降、饱和电流等、物理尺寸、导电性以及热导率；
21、所述步骤a2中的典型工作条件包括工作电流、电压以及环境温度；
22、所述步骤a4中的热学模型包括热传导机制、热对流机制以及热辐射机制。
23、在一种可能的实施方式中，将晶闸管电热耦合模型中的连续方程离散化，形成一组非线性代数方程，包括：
24、b1、使用有限元法将晶闸管电热耦合模型中的连续方程转化为一组可以在计算机上求解的离散方程；
25、b2、根据目标晶闸管设备的实际尺寸和形状建立数学几何模型，并将整个数学几何模型进行网格划分，得到多个网格元素；
26、b3、将晶闸管电热耦合模型中的连续偏微分方程转化为在每个网格元素上适用的代数方程；
27、b4、以步骤b3中获取的代数方程为基础，通过构建刚度以及质量矩阵合并成完整的非线性代数方程组。
28、在一种可能的实施方式中，使用牛顿法将所述非线性代数方程组线性化，确定非线性代数方程对应的解，包括：
29、c1、确定非线性代数方程的初始估计值，并将所述初始估计值作为当前估计值；
30、c2、以当前估计值为基础，计算非线性方程组的残差；
31、c3、确定非线性方程组对应的雅可比矩阵；
32、c4、使用雅可比矩阵和残差向量，形成并求解一个线性方程组，得到线性方程组的解；
33、c5、根据线性方程组的解，更新变量的当前估计值，得到非线性代数方程对应的解。
34、在一种可能的实施方式中，针对每次牛顿迭代中产生的线性系统，应用krylov子空间方法进行求解，包括：
35、d1：选择残差向量，以生成krylov子空间的基；
36、d2：利用牛顿迭代中得到的线性系统所对应的雅可比矩阵，迭代地生成krylov子空间；
37、d3：在krylov子空间中，构建并求解近似线性系统；其中，所述近似线性系统用于表征利用牛顿迭代中得到的线性系统所对应的近似系统；
38、d4：使用从近似线性系统中得到的解来构建牛顿迭代中得到的线性系统的解所对应的估计，得到使用krylov方法求得的解。
39、第二方面，本发明提供一种晶闸管电热耦合模型快速求解装置，包括：模型构建模块、离散模块、第一求解模块、第二求解模块、判断模块以及循环模块；
40、所述模型构建模块，用于针对目标晶闸管设备，建立对应的晶闸管电热耦合模型；
41、所述离散模块，用于将晶闸管电热耦合模型中的连续方程离散化，形成一组非线性代数方程；
42、所述第一求解模块，用于使用牛顿法将所述非线性代数方程组线性化，确定非线性代数方程对应的解；
43、所述第二求解模块，用于针对每次牛顿迭代中产生的线性系统，应用krylov子空间方法进行求解；
44、所述判断模块，用于在每次牛顿迭代后，检查非线性代数方程对应的解的收敛性；
45、所述循环模块，用于若未达到收敛条件，则使用krylov方法求得的解更新晶闸管模型的状态，并重复步骤c至e；若达到收敛条件，则求解过程完成。
46、第三方面，本发明提供一种晶闸管电热耦合模型快速求解设备，包括处理器和存储器；
47、所述存储器存储计算机执行指令；
48、所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述处理器执行如第一方面所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法。
49、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现第一方面所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法。
50、本发明提供的一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法、装置、设备及介质，通过精确模拟电热交互作用，有助于优化晶闸管的设计和运行策略，可以用于实时监测晶闸管的工作状态，及时预测和诊断潜在的电热故障。此外，它还为设备故障预测和维护规划提供了强大的工具，从而减少停机时间和维修成本。通过进一步的应用和发展，该方法还可以在更广泛的电子工程领域中发挥重要作用。
1.一种晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，当求解过程完成之后，还包括：对结果进行处理分析；
3.根据权利要求1所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，针对目标晶闸管设备，建立对应的晶闸管电热耦合模型，包括：
4.根据权利要求3所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，所述步骤a1中的基本参数包括正向电压降、饱和电流等、物理尺寸、导电性以及热导率；
5.根据权利要求3所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，将晶闸管电热耦合模型中的连续方程离散化，形成一组非线性代数方程，包括：
6.根据权利要求5所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，使用牛顿法将所述非线性代数方程组线性化，确定非线性代数方程对应的解，包括：
7.根据权利要求6所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法，其特征在于，针对每次牛顿迭代中产生的线性系统，应用krylov子空间方法进行求解，包括：
8.一种晶闸管电热耦合模型快速求解装置，其特征在于，包括：模型构建模块、离散模块、第一求解模块、第二求解模块、判断模块以及循环模块；
9.一种晶闸管电热耦合模型快速求解设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现权利要求1至7任一项所述的晶闸管电热耦合模型快速求解方法。
