【摘要】：隨著電力電子電路的拓撲變得越來越復雜,開關器件越來越多,給建模工作帶來了挑戰(zhàn)。常用的理想開關建模方法把導通時的開關等效為短路;關斷時的開關等效為開路;這種建模方法隨著電路開關狀態(tài)的變化時,其形成的系統(tǒng)矩陣是變參數(shù)、變結構的,當電路工作狀態(tài)發(fā)生變化時就需要在程序中實時更新系統(tǒng)矩陣進行迭代計算,計算量較大,因此,研究更加適合于電力電子電路的建模方法是本文的研究重點。本文首先介紹了分離法,也稱為VCCS(Voltage Controlled Current Source)建模法,推導了器件建模、狀態(tài)空間方程離散化、仿真迭代求解流程等三個方面,最后以Buck電路為例,編寫C-mex S-Function程序,對模型離線仿真求解,以SPS(Sim Power System)為參照進行結果對比,初步驗證分離法建模的正確性。其次以三相逆變器為例,建立了三相逆變器的分離法數(shù)學模型,并指出分離法在對三相逆變器建模時的缺陷,開關狀態(tài)較多,需要反復迭代計算管子電壓電流,計算量較大,資源消耗較大,故在分離法建模的基礎上提出了對三相逆變器拆分建模的解決方法,以SPS和整體建模輸出結果為參考,完成離線仿真,證明拆分建�？捎行p少開關狀態(tài),減少計算量,優(yōu)化建模過程。然后以NPC三電平逆變器為例,分析了 NPC的工作原理,再次應用拆分建模的思想建立了 NPC的分離法等效數(shù)學模型,完成了離線仿真驗證,以SPS仿真結果對比分析,給出了相對誤差曲線,證明了在使用分離法對三相逆變器、NPC等具有對稱支路結構的電力電子電路建模時,可使用拆分建模的思想來優(yōu)化分離法建模過程。最后在dSPACE實時仿真平臺實現(xiàn)了基于FPGA的三相逆變器整體和拆分建模兩種數(shù)學模型的硬件在回路仿真實驗,使用System Generator中的MCode模塊加快了 FPGA的開發(fā)過程,對比了兩種建模方式的FPGA資源消耗率,進一步證明拆分建�？梢詼p少資源消耗,同時證明分離法可以用于電力電子電路實時仿真建模。
【圖文】：

究背景逡逑時仿真已經(jīng)被廣泛應用于電氣系統(tǒng)的規(guī)劃和設計中幾十年了，從大規(guī)輸電線路布局到交通運輸電機驅動優(yōu)化，實時仿真在大量成功的開發(fā)了關鍵作用，在過去的三十年中，計算機技術的快速發(fā)展推動了仿真。隨著計算機技術成本的降低和性能的提高，仿真工具有更好的能力間內(nèi)解決日益復雜的問題。此外，數(shù)字仿真器的成本也在持續(xù)下降，領域以及更多用戶使用［１］。逡逑字仿真分為實時仿真和非實時仿真，非實時仿真又稱之為離線仿真。仿真都是建立在定步長仿真基礎上的［２］，離線仿真中的變步長算法并不仿真［３］，離線仿真沒有嚴格的時間限制，它的計算耗時可以小于也可以鐘周期，其目標為盡可能快的獲得仿真結果，不能與實際的硬件控制實時仿真則要求計算耗時必須小于仿真時鐘周期，具有嚴格的時間限真實的硬件控制連接進行硬件在回路仿真實驗，如圖１－１所示。逡逑

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｈａｒｄｗａｒｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｌｏｏｐ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑在對電力電子系統(tǒng)進行硬件在回路仿真實驗時，最關鍵的一步就是如何完對電力電子電路的建模問題。國內(nèi)外有很多的論文對建模方法進行了研究，主有節(jié)點分析法，改進的節(jié)點分析法（ＭＮＡ）邋［７］，狀態(tài)空間法［８，９］等。這些方法對的工作狀態(tài)要求相當嚴苛，不同的工作狀態(tài)會產(chǎn)生不同的系統(tǒng)矩陣［１（）］。應用方法建模后，模型很大，計算量較大，例如采用狀態(tài)空間法，當電力電子電的工作狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)空間方程就要作相應的變化，而且是整個方程的新。這樣的做法在電路中含有較少的開關器件的時候尚能滿足實時性的要求，當電路電路拓撲變得復雜龐大，且含有較多的開關器件時，這個時候帶來的量將非常的大，我們首先需要對每一種工作狀態(tài)進行分析，然后在每一次工狀態(tài)發(fā)生變化時更新狀態(tài)方程［１１］。這樣以來開發(fā)和仿真效率非常低，對實時仿器也提出了更高的要求。逡逑考慮到ｄＳＰＡＣＥ實時仿真器中的ＦＰＧＡ板卡硬件資源有限，所以需要研宄合適的建模方法，即使在電路拓撲很復雜的情況下，也可以通過優(yōu)異的建模法法達優(yōu)，建型最小，足源的要求，從而滿足實時
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM743

【參考文獻】

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本文編號：2698667