【摘要】：隨著電力電子電路的拓?fù)渥兊迷絹?lái)越復(fù)雜,開(kāi)關(guān)器件越來(lái)越多,給建模工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。常用的理想開(kāi)關(guān)建模方法把導(dǎo)通時(shí)的開(kāi)關(guān)等效為短路;關(guān)斷時(shí)的開(kāi)關(guān)等效為開(kāi)路;這種建模方法隨著電路開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化時(shí),其形成的系統(tǒng)矩陣是變參數(shù)、變結(jié)構(gòu)的,當(dāng)電路工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)就需要在程序中實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,計(jì)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(diǎn)。本文首先介紹了分離法,也稱(chēng)為VCCS(Voltage Controlled Current Source)建模法,推導(dǎo)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(gè)方面,最后以Buck電路為例,編寫(xiě)C-mex S-Function程序,對(duì)模型離線(xiàn)仿真求解,以SPS(Sim Power System)為參照進(jìn)行結(jié)果對(duì)比,初步驗(yàn)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(xué)模型,并指出分離法在對(duì)三相逆變器建模時(shí)的缺陷,開(kāi)關(guān)狀態(tài)較多,需要反復(fù)迭代計(jì)算管子電壓電流,計(jì)算量較大,資源消耗較大,故在分離法建模的基礎(chǔ)上提出了對(duì)三相逆變器拆分建模的解決方法,以SPS和整體建模輸出結(jié)果為參考,完成離線(xiàn)仿真,證明拆分建�？捎行p少開(kāi)關(guān)狀態(tài),減少計(jì)算量,優(yōu)化建模過(guò)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(yīng)用拆分建模的思想建立了 NPC的分離法等效數(shù)學(xué)模型,完成了離線(xiàn)仿真驗(yàn)證,以SPS仿真結(jié)果對(duì)比分析,給出了相對(duì)誤差曲線(xiàn),證明了在使用分離法對(duì)三相逆變器、NPC等具有對(duì)稱(chēng)支路結(jié)構(gòu)的電力電子電路建模時(shí),可使用拆分建模的思想來(lái)優(yōu)化分離法建模過(guò)程。最后在dSPACE實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的三相逆變器整體和拆分建模兩種數(shù)學(xué)模型的硬件在回路仿真實(shí)驗(yàn),使用System Generator中的MCode模塊加快了 FPGA的開(kāi)發(fā)過(guò)程,對(duì)比了兩種建模方式的FPGA資源消耗率,進(jìn)一步證明拆分建�？梢詼p少資源消耗,同時(shí)證明分離法可以用于電力電子電路實(shí)時(shí)仿真建模。
【圖文】：

究背景逡逑時(shí)仿真已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中幾十年了，從大規(guī)輸電線(xiàn)路布局到交通運(yùn)輸電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，實(shí)時(shí)仿真在大量成功的開(kāi)發(fā)了關(guān)鍵作用，在過(guò)去的三十年中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了仿真。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(fù)雜的問(wèn)題。此外，數(shù)字仿真器的成本也在持續(xù)下降，領(lǐng)域以及更多用戶(hù)使用［１］。逡逑字仿真分為實(shí)時(shí)仿真和非實(shí)時(shí)仿真，非實(shí)時(shí)仿真又稱(chēng)之為離線(xiàn)仿真。仿真都是建立在定步長(zhǎng)仿真基礎(chǔ)上的［２］，離線(xiàn)仿真中的變步長(zhǎng)算法并不仿真［３］，離線(xiàn)仿真沒(méi)有嚴(yán)格的時(shí)間限制，它的計(jì)算耗時(shí)可以小于也可以鐘周期，其目標(biāo)為盡可能快的獲得仿真結(jié)果，不能與實(shí)際的硬件控制實(shí)時(shí)仿真則要求計(jì)算耗時(shí)必須小于仿真時(shí)鐘周期，具有嚴(yán)格的時(shí)間限真實(shí)的硬件控制連接進(jìn)行硬件在回路仿真實(shí)驗(yàn)，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(duì)電力電子系統(tǒng)進(jìn)行硬件在回路仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，最關(guān)鍵的一步就是如何完對(duì)電力電子電路的建模問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外有很多的論文對(duì)建模方法進(jìn)行了研究，主有節(jié)點(diǎn)分析法，改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)分析法（ＭＮＡ）邋［７］，狀態(tài)空間法［８，９］等。這些方法對(duì)的工作狀態(tài)要求相當(dāng)嚴(yán)苛，不同的工作狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生不同的系統(tǒng)矩陣［１（）］。應(yīng)用方法建模后，模型很大，計(jì)算量較大，例如采用狀態(tài)空間法，當(dāng)電力電子電的工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)空間方程就要作相應(yīng)的變化，而且是整個(gè)方程的新。這樣的做法在電路中含有較少的開(kāi)關(guān)器件的時(shí)候尚能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，當(dāng)電路電路拓?fù)渥兊脧?fù)雜龐大，且含有較多的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，這個(gè)時(shí)候帶來(lái)的量將非常的大，我們首先需要對(duì)每一種工作狀態(tài)進(jìn)行分析，然后在每一次工狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)更新?tīng)顟B(tài)方程［１１］。這樣以來(lái)開(kāi)發(fā)和仿真效率非常低，對(duì)實(shí)時(shí)仿器也提出了更高的要求。逡逑考慮到ｄＳＰＡＣＥ實(shí)時(shí)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?fù)浜軓?fù)雜的情況下，也可以通過(guò)優(yōu)異的建模法法達(dá)優(yōu)，建型最小，足源的要求，從而滿(mǎn)足實(shí)時(shí)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM743

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698667