【摘 要】
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在电力电子设备的研发与设计过程中,利用实时仿真技术进行仿真验证可以缩短设备开发周期,减少研发成本投入。变流器作为一种用于电能变换的电力电子装置在众多领域中发挥着不可替代的作用,而变流器中的三相逆变器应用最为广泛。目前,可用于三相逆变器实时仿真的商业化实时仿真平台被国外公司垄断,系统价格较高,且存在“卡脖子”风险。为此,本文构建了基于FPGA(Field Programmable Gate Arra
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在电力电子设备的研发与设计过程中,利用实时仿真技术进行仿真验证可以缩短设备开发周期,减少研发成本投入。变流器作为一种用于电能变换的电力电子装置在众多领域中发挥着不可替代的作用,而变流器中的三相逆变器应用最为广泛。目前,可用于三相逆变器实时仿真的商业化实时仿真平台被国外公司垄断,系统价格较高,且存在“卡脖子”风险。为此,本文构建了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的三相逆变器实时仿真系统,主要的研究工作如下:1.分析了商业化实时仿真系统的结构特点以及工作机制,介绍了变流器实时仿真理论及三相逆变器拓扑结构,对三相逆变器核心元件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)开关的建模方法进行了分析。详细分解了IGBT开关的动态过程,采用曲线拟合的方法,构建了IGBT各动作阶段的动态过程曲线,并建立了IGBT的行为模型。分别采用MATLAB及FPGA仿真软件对所构建的IGBT模型进行了仿真验证,并在FPGA硬件平台上实现了模型的实时计算。2.根据三相逆变器的拓扑结构及IGBT开关的工作特点,采用本文设计的IGBT模型构建了三相逆变器实时仿真模型,并基于相同的PWM控制指令,与MATLAB自带的三相逆变器模型进行了对比仿真实验。建立了三相LC滤波器模型以及三相负载模型,通过与MATLAB自带模型的对比仿真实验,验证了模型的有效性。最后基于多FPGA硬件平台对所构建模型进行了实时仿真实验。3.完成了三相逆变器实时仿真系统硬件及上位机软件的设计,所构建的三相逆变器实时仿真系统采用“FPGA+PC”的架构,FPGA计算资源由四个FPGA核心板组成,三相逆变器实时仿真模型分布在各核心板上,并通过LVDS通信协议进行板间数据传输,实现了三相逆变器模型的实时计算。上位机界面采用C#软件设计,通过界面可以设置模型参数以及显示仿真结果。
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