基于FPGA的三相并网逆变器的建模与仿真
发布时间：2021-12-24 05:07
三相并网逆变器是新能源发电系统与电网的重要连接纽带,在整个新能源发电系统中占据着重要的地位。为了实现三相并网逆变器的半实物实时仿真,本文从实时仿真建模方法和半实物实时仿真平台两个方面进行了研究,主要工作如下:本文首先研究了电力电子系统的建模方法,针对电力电子系统随着开关状态不断变化给整个仿真系统带来大量计算的问题,研究了连续-离散模型分离的方法来建立三相并网逆变器独立运行模式下的模型,该方法避免了开关动作导致对整个系统模型方程的更新,减少了计算量;对于其中的开关器件的等效方法,选用了开关函数法来建立开关器件的等效模型,针对传统开关函数仿真精度有限的问题,提出了考虑开关电压损耗和死区时间影响的改进开关函数法,来提高模型的仿真精度;对于其中的连续电路部分,采用状态变量分析法建立模型并采用数值积分算法进行离散化处理,并验证了建立的三相并网逆变器实时仿真模型的正确性。其次,采用了基于System Generator模型化的设计方法来实现三相并网逆变器实时仿真模型基于FPGA的仿真,并在System Generator中分别进行了开关器件部分和连续电路部分状态空间的求解器设计。首先使用Simul...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离线仿真与实时仿真的差异Fig.1-1Thedifferencebetweenoff-linesimulationandrealtimesimulation实时仿真与离线仿真的不同在于实时仿真的计算时间必须小于实时仿真的仿
上海电机学院硕士学位论文-10-图2-1基于节点分析法的仿真计算流程Fig.2-1Simulationprocessbasedonnodeanalysismethod2.1.2状态变量分析法状态变量分析法是通过系统中的状态变量描述来建立系统内部状态变量与系统外部输入变量和系统输出变量之间关系的一种方法[42]。电力电子系统采用状态变量分析法的建模的过程为：首先选取系统中的电容电压与电感电流作为独立状态变量，其次通过基尔霍夫电流和电压定律列写系统的基本方程，消去中间变量，得到状态–输出方程如式（2-1）所示，最后利用数值积分方法对系统状态方程进行求解。()()()()()()xtAxtButytCxtDut(2-1)式中：
上海电机学院硕士学位论文-12-散开关器件部分，而无需像节点分析法和状态变量分析法一样对建立的整个系统模型方程进行实时更新，连续-离散模型分离法只需要更新建立的开关模型部分，这样大大减少了计算量。因此本文采用连续-离散模型分离法对三相并网逆变器建立实时仿真模型。其基本原理框图如图2-2所示。图2-2连续-离散模型法关系图Fig.2-2Thediagramofcontinuousdiscontinuousmodelseperation该方法将电力电子系统模型中开关器件部分的模型采用理想电压源替代，含电感、电容等连续性器件的连续电路部分采用理想受控电流源替代。用开关模型G描述开关器件的输出电压VSW(Ua、Ub、Uc)与开关器件的输入电流ISW(Ia、Ib、Ic)之间的关系，从而将开关器件部分从整个电力电子系统模型中分离出来。开关模型G计算输出电压VSW(Ua、Ub、Uc)作为连续电路模型的输入，注入到描述连续电路模型的方程F中，连续电路模型方程F将计算出的输出电流ISW(Ia、Ib、Ic)作为开关模型G的输入电流，这样完成一次整个电力电子系统模型的计算。其中的VSRC、ISRC、X分别表示连续电路模型中的电压源、电流源以及状态量。在使用连续-离散模型方法建立电力电子系统实时仿真模型时，重点应研究开关器件的模型等效方法，以及连续电路部分该如何建模两个方面，针对这两个方面的问题将在下一小节中进行讨论。2.2开关器件等效方法目前，开关器件的建模方法主要有两种类型，一种是详细模型，另一种是行为模型[50]。详细模型充分考虑了开关器件的开关过程以及开关特性，通常采用基于开关器件具体的物理特性的方法来建立其数学模型[51]。详细模型的优点是精度高，缺点是建模难度大，计算量大，计算时间长，计算资源消耗大。行为模型不考虑开关器件的内部暂态特性，重点关心系统级的状态
本文编号：3549874
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离线仿真与实时仿真的差异Fig.1-1Thedifferencebetweenoff-linesimulationandrealtimesimulation实时仿真与离线仿真的不同在于实时仿真的计算时间必须小于实时仿真的仿
上海电机学院硕士学位论文-10-图2-1基于节点分析法的仿真计算流程Fig.2-1Simulationprocessbasedonnodeanalysismethod2.1.2状态变量分析法状态变量分析法是通过系统中的状态变量描述来建立系统内部状态变量与系统外部输入变量和系统输出变量之间关系的一种方法[42]。电力电子系统采用状态变量分析法的建模的过程为：首先选取系统中的电容电压与电感电流作为独立状态变量，其次通过基尔霍夫电流和电压定律列写系统的基本方程，消去中间变量，得到状态–输出方程如式（2-1）所示，最后利用数值积分方法对系统状态方程进行求解。()()()()()()xtAxtButytCxtDut(2-1)式中：
上海电机学院硕士学位论文-12-散开关器件部分，而无需像节点分析法和状态变量分析法一样对建立的整个系统模型方程进行实时更新，连续-离散模型分离法只需要更新建立的开关模型部分，这样大大减少了计算量。因此本文采用连续-离散模型分离法对三相并网逆变器建立实时仿真模型。其基本原理框图如图2-2所示。图2-2连续-离散模型法关系图Fig.2-2Thediagramofcontinuousdiscontinuousmodelseperation该方法将电力电子系统模型中开关器件部分的模型采用理想电压源替代，含电感、电容等连续性器件的连续电路部分采用理想受控电流源替代。用开关模型G描述开关器件的输出电压VSW(Ua、Ub、Uc)与开关器件的输入电流ISW(Ia、Ib、Ic)之间的关系，从而将开关器件部分从整个电力电子系统模型中分离出来。开关模型G计算输出电压VSW(Ua、Ub、Uc)作为连续电路模型的输入，注入到描述连续电路模型的方程F中，连续电路模型方程F将计算出的输出电流ISW(Ia、Ib、Ic)作为开关模型G的输入电流，这样完成一次整个电力电子系统模型的计算。其中的VSRC、ISRC、X分别表示连续电路模型中的电压源、电流源以及状态量。在使用连续-离散模型方法建立电力电子系统实时仿真模型时，重点应研究开关器件的模型等效方法，以及连续电路部分该如何建模两个方面，针对这两个方面的问题将在下一小节中进行讨论。2.2开关器件等效方法目前，开关器件的建模方法主要有两种类型，一种是详细模型，另一种是行为模型[50]。详细模型充分考虑了开关器件的开关过程以及开关特性，通常采用基于开关器件具体的物理特性的方法来建立其数学模型[51]。详细模型的优点是精度高，缺点是建模难度大，计算量大，计算时间长，计算资源消耗大。行为模型不考虑开关器件的内部暂态特性，重点关心系统级的状态
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