本文選題：電力電子　切入點：硬件在環(huán)　出處：《青島科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著電力電子技術的發(fā)展,在汽車工業(yè)、航海、航天工業(yè)中,電力電子設備的使用越來越頻繁,其控制系統(tǒng)也變得越來越復雜。電力電子系統(tǒng)通常來說都是較為復雜的,其具有非線性、時變的特點,因此對電力電子系統(tǒng)進行設計開發(fā)難度較大。通常都需要進行仿真測試試驗來輔助產(chǎn)品的設計,這可以有效縮短開發(fā)設計周期、降低開發(fā)成本并提高產(chǎn)品的可靠性。硬件在環(huán)(Hardware in the loop,HIL)仿真被廣泛的應用于電力電子系統(tǒng)的開發(fā)設計的過程中,如風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、新能源汽車等領域。本文主要針對電力電子硬件在環(huán)仿真開展了以下工作:首先,研究了電力系統(tǒng)仿真的國內外研究現(xiàn)狀,研究了電力系統(tǒng)實時仿真技術的發(fā)展;研究了硬件在環(huán)仿真技術的發(fā)展和優(yōu)勢,對幾種工業(yè)界常用的硬件在環(huán)仿真平臺:Simulink Real-Time系統(tǒng)仿真平臺、ADI系統(tǒng)仿真平臺、RT-LAB系統(tǒng)仿真平臺、dSPACE系統(tǒng)仿真平臺、RTDS系統(tǒng)仿真平臺進行了詳細的介紹。為研究者進行系統(tǒng)設計仿真時選擇合適的系統(tǒng)仿真平臺提供了一個方便快捷的參考。第二,本文研究了電力電子系統(tǒng)仿真中的常微分方程的數(shù)值解法和電路回路方程的構建問題。詳細的闡述了幾種常微分方程的數(shù)值解法并對其數(shù)值穩(wěn)定性進行了分析;并且本文對基于System Generator的現(xiàn)場可編程門陣列(Filed Programmable Gate Array,FPGA)開發(fā)方式和工具進行了深入的研究;最后以典型的電力電子Buck電路為例,使用梯形積分法和改進節(jié)點法建立其數(shù)學仿真模型,并在FPGA中實現(xiàn)其電路數(shù)學模型的仿真運算,與SimPowerSystems搭建的器件模型仿真結果進行對比,驗證了使用FPGA進行電力電子硬件在環(huán)仿真的可行性。第三,本文以目前在直流輸電中使用和研究較為廣泛的(Modular Multilevel Converter,MMC)拓撲為例,使用戴維寧等效定理和梯形積分法建立了MMC子模塊的戴維寧等效數(shù)學模型。使用System Generator模塊化設計開發(fā)工具在FPGA中實現(xiàn)其等效數(shù)學模型,分別建立起單個子模塊和單相20電平MMC子模塊FPGA仿真模型,與SimPowerSystems搭建的物理器件仿真模型分別進行對比,驗證了數(shù)學模型的正確性。同時,仿真結果驗證了使用FPGA進行電力電子硬件在環(huán)仿真的可行性。
[Abstract]:With the development of power electronics technology, power electronic equipment is used more and more frequently in automobile industry, navigation industry and aerospace industry, and its control system becomes more and more complex. Because of its nonlinear and time-varying characteristics, it is difficult to design and develop power electronic system. Hardware simulation is widely used in the development and design of power electronic systems, such as wind power generation, solar photovoltaic power generation. The main work of this paper is as follows: firstly, the research status of power system simulation at home and abroad is studied, and the development of power system real-time simulation technology is studied. The development and advantages of hardware in loop simulation technology are studied. This paper gives a detailed introduction to several kinds of hardware-in-the-loop simulation platform:: Simulink Real-Time system simulation platform and RT-lab system simulation platform. Choosing a suitable system simulation platform provides a convenient and quick reference when designing simulation. Second, In this paper, the numerical solution of ordinary differential equation and the construction of circuit loop equation in power electronic system simulation are studied. The numerical solution of several ordinary differential equations and its numerical stability are discussed in detail. In this paper, the development methods and tools of Filed Programmable Gate FPGA (Field Programmable Gate Array) based on System Generator are studied in depth, and the mathematical simulation model is established by trapezoidal integration method and improved node method, taking typical power electronic Buck circuits as an example. The simulation results of the circuit mathematical model in FPGA are compared with the simulation results of the device model built by SimPowerSystems. The feasibility of using FPGA to simulate power electronics hardware in loop is verified. In this paper, we take the MMC topology, which is widely used and studied in HVDC transmission, as an example. The equivalent mathematical model of MMC submodule is established by using Davinen equivalent theorem and trapezoidal integration method. The equivalent mathematical model is realized in FPGA by using System Generator modular design and development tool. A single sub-module and a single-phase 20-level MMC sub-module FPGA simulation model are established, and compared with the physical device simulation model built by SimPowerSystems, the correctness of the mathematical model is verified. The simulation results verify the feasibility of power electronics hardware in loop simulation using FPGA.
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.9;TM743

【參考文獻】

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本文編號：1614508