当前位置:主页 > 科技论文 > 电气论文 >

基于FPGA的电力电子硬件在环仿真研究

发布时间:2018-03-15 05:01

  本文选题:电力电子 切入点:硬件在环 出处:《青岛科技大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着电力电子技术的发展,在汽车工业、航海、航天工业中,电力电子设备的使用越来越频繁,其控制系统也变得越来越复杂。电力电子系统通常来说都是较为复杂的,其具有非线性、时变的特点,因此对电力电子系统进行设计开发难度较大。通常都需要进行仿真测试试验来辅助产品的设计,这可以有效缩短开发设计周期、降低开发成本并提高产品的可靠性。硬件在环(Hardware in the loop,HIL)仿真被广泛的应用于电力电子系统的开发设计的过程中,如风力发电、太阳能光伏发电、新能源汽车等领域。本文主要针对电力电子硬件在环仿真开展了以下工作:首先,研究了电力系统仿真的国内外研究现状,研究了电力系统实时仿真技术的发展;研究了硬件在环仿真技术的发展和优势,对几种工业界常用的硬件在环仿真平台:Simulink Real-Time系统仿真平台、ADI系统仿真平台、RT-LAB系统仿真平台、dSPACE系统仿真平台、RTDS系统仿真平台进行了详细的介绍。为研究者进行系统设计仿真时选择合适的系统仿真平台提供了一个方便快捷的参考。第二,本文研究了电力电子系统仿真中的常微分方程的数值解法和电路回路方程的构建问题。详细的阐述了几种常微分方程的数值解法并对其数值稳定性进行了分析;并且本文对基于System Generator的现场可编程门阵列(Filed Programmable Gate Array,FPGA)开发方式和工具进行了深入的研究;最后以典型的电力电子Buck电路为例,使用梯形积分法和改进节点法建立其数学仿真模型,并在FPGA中实现其电路数学模型的仿真运算,与SimPowerSystems搭建的器件模型仿真结果进行对比,验证了使用FPGA进行电力电子硬件在环仿真的可行性。第三,本文以目前在直流输电中使用和研究较为广泛的(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑为例,使用戴维宁等效定理和梯形积分法建立了MMC子模块的戴维宁等效数学模型。使用System Generator模块化设计开发工具在FPGA中实现其等效数学模型,分别建立起单个子模块和单相20电平MMC子模块FPGA仿真模型,与SimPowerSystems搭建的物理器件仿真模型分别进行对比,验证了数学模型的正确性。同时,仿真结果验证了使用FPGA进行电力电子硬件在环仿真的可行性。
[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.
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.9;TM743

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 范哲意;张明新;周治国;张逸;张华良;;电压源换流器闭环控制的实时联合仿真[J];高电压技术;2016年10期

2 陆臻业;邹毅军;王佳;王志鹏;郭茂派;;一种基于FPGA的高速电力电子实时仿真方法研究[J];电气自动化;2016年05期

3 刘喜梅;李梅航;朱炯;刘义芳;王红蛟;;模块化多电平换流器子模块等效数学模型的建立及仿真[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2016年01期

4 刘志文;林智莘;周治国;张华良;;电压源换流器实时多速率仿真研究[J];高电压技术;2015年07期

5 许为;应婷;李卫红;;电力电子半实物仿真技术及其发展[J];大功率变流技术;2014年06期

6 田芳;黄彦浩;史东宇;夏天;裘微江;胡晓波;李亚楼;汤涌;周孝信;;电力系统仿真分析技术的发展趋势[J];中国电机工程学报;2014年13期

7 孙小燕;朱凌志;朱永强;刘艳章;贾利虎;叶青;;电力系统不同时间尺度仿真对比研究[J];陕西电力;2014年03期

8 王成山;丁承第;李鹏;于浩;;基于FPGA的配电网暂态实时仿真研究(一):功能模块实现[J];中国电机工程学报;2014年01期

9 武同心;吕晓祥;王建全;;Duhamel数值积分算法在电力系统暂态稳定分析中的应用[J];机电工程;2013年06期

10 王坚;;电力电子系统硬件在回路仿真技术的探讨[J];大功率变流技术;2011年02期

相关会议论文 前1条

1 王涛;邹毅军;年晓红;胡毅;;基于PC-Cluster的高性能电力系统实时仿真平台eMEGAsim[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年

相关博士学位论文 前5条

1 丁承第;基于FPGA的有源配电网实时仿真方法研究[D];天津大学;2014年

2 许建中;模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究[D];华北电力大学;2014年

3 岳程燕;电力系统电磁暂态与机电暂态混合实时仿真的研究[D];中国电力科学研究院;2005年

4 汤涌;电力系统全过程动态(机电暂态与中长期动态过程)仿真技术与软件研究[D];中国电力科学研究院;2002年

5 李彬轩;柴油机电控单元硬件在环仿真系统的设计及其相关研究[D];浙江大学;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐正洋;基于二值电阻的电力电子半实物仿真建模研究[D];南京大学;2016年

2 黄宇鹏;含电力电子器件的电力系统电磁暂态仿真算法研究[D];上海交通大学;2015年

3 李梅航;多端柔性直流输电的关键技术研究[D];青岛科技大学;2014年

4 谭伟;硬件在环仿真技术研究及其在风力发电中的应用[D];青岛科技大学;2014年

5 段琳凤;风力发电机组半物理实时仿真系统研究[D];华北电力大学;2014年

6 张巍;特高压直流输电系统的实时数字仿真研究[D];华南理工大学;2012年

7 陈朋;模块化多电平换流器控制与保护的研究[D];青岛科技大学;2012年

8 孙长虹;电力系统在线暂态稳定数字仿真研究[D];天津大学;2008年

9 李承;电力系统电磁暂态与机电暂态程序的混合仿真研究[D];天津大学;2007年

10 任传俊;基于RTX的MATLAB实时仿真技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年



本文编号:1614508

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/1614508.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户ae2dd***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com