兩電平整流器及逆變器高速實時仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兩電平整流器及逆變器高速實時仿真方法。采用混合邏輯動態(tài)模型對電力牽引傳動系統(tǒng)加以描述，構建了邏輯表達式判斷整流器和逆變器的開關函數(shù)狀態(tài)，分別采用狀態(tài)方程和矩陣方程對整流器和逆變器進行建模。給出電力牽引傳動系統(tǒng)離散化計算實現(xiàn)框圖，實現(xiàn)了并行的仿真計算。本發(fā)明以現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)芯片作為仿真運算單元，通過SystemGenerator工具將仿真數(shù)學模型集成在FPGA芯片中，將整流器仿真模型離散化，采用定點數(shù)模擬系統(tǒng)中的數(shù)值變量；微秒級實時仿真降低了運算步長帶來的延遲，提高了仿真系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高了仿真精度。
【專利說明】兩電平整流器及逆變器高速實時仿真方法
所屬【技術領域】
[0001]電力電子與電力傳動系統(tǒng)的實時仿真【技術領域】，涉及到電力牽引交流傳動系統(tǒng)結構的建模以及高速實時仿真方法。
【背景技術】
[0002]大功率電力傳動系統(tǒng)研發(fā)過程中，需要快速驗證控制器的軟件算法、設備設計的硬件方案。如果將計算機仿真的算法直接移植到控制器中，并將大型功率設備與實際控制器對接起來，那么會大大提高研發(fā)過程的風險系數(shù)，有可能會造成大型功率設備損壞，甚至威脅工作人員安全。實時仿真技術是解決該問題的一種有效途徑。實時仿真不同于普通計算機仿真，其仿真時間與自然時間同步。采用實時仿真器模擬被控對象，采用真實的數(shù)字控制器對其進行控制。如果對被控對象建模足夠準確，實時仿真系統(tǒng)具有足夠可信度，可替代實際電力牽引傳動系統(tǒng)，與控制器相連接進行測試。
[0003]電力牽引傳動系統(tǒng)的控制器部分一般由DSP、FPGA組成，生成PWM控制信號。以實時仿真器替換電氣功率部分，對控制器進行測試，由于采用仿真器模擬電氣功率部分，可避免控制算法設計失誤帶來的安全隱患，也可通過實時仿真器進行批量的產(chǎn)品測試，達到快速測試控制器性能的目的。實時仿真技術出現(xiàn)在系統(tǒng)的設計、評估、調試、測試等各研發(fā)階段，可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，縮小研發(fā)成本，降低控制器故障破壞實驗設備的風險，提高產(chǎn)品品質。
[0004]實時仿真器承擔被控對象物理模型仿真運算，實際控制器對前者所仿真的模型進行控制。二者進行數(shù)據(jù)交互，仿真器將系統(tǒng)的電流、電壓和轉速等信息以數(shù)字、模擬信號形式提供給控制器，控制器采集并進行處理，將PWM信號發(fā)送給仿真器，對其中的物理模型進行控制。實時仿真中，一般由通用計算機處理器承擔計算工作，這類離散仿真軟件的程序采用串行計算方式，在求解電路時，根據(jù)其拓撲和參數(shù)將待求電路化為高階方程組，并進行求解。其中涉及到行列式變換、矩陣乘法求逆等，運算較為復雜，速度難以進一步提升。對于硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)其他部分，負責數(shù)據(jù)交互的A/D，D/A器件頻率動輒上兆，高至幾十兆上百兆，而控制器的控制周期也處在十微秒數(shù)量級。顯然，硬件在環(huán)仿真器的速度已經(jīng)成為整個仿真系統(tǒng)的瓶頸，影響了實時仿真的響應速度。受限于運算速度，實時仿真還存在模型仿真不精確問題。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有基于CPU的實時仿真系統(tǒng)運算速度的不足，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)電力牽引傳動系統(tǒng)兩電平整流器及逆變器高速實時仿真的方法。使之克服現(xiàn)有技術的以上缺點。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。
[0007]兩電平整流器及逆變器高速實時仿真方法，，對系統(tǒng)模型進行適當簡化，采用混合邏輯動態(tài)模型對系統(tǒng)進行建模；對電力牽引傳動系統(tǒng)模型中變量
[0008]進行定義:[0009]Us—變壓器二次側電壓；is—變壓器二次側電流；ud。一直流側電壓；ip—直流電路輸出電流；uu，Uv, Uw——逆變器U相，V相，W相的輸出電壓；iu，iv，iw——逆變器U相，V相，W相的輸入電流；
[0010]定義整流器與逆變器各橋臂開關函數(shù)為:
【權利要求】
1.一種兩電平整流器及逆變器高速實時仿真方法，對系統(tǒng)模型進行適當簡化，采用混合邏輯動態(tài)模型對系統(tǒng)進行建模； 對電力牽引傳動系統(tǒng)模型中變量進行定義: Us—變壓器二次側電壓；is—變壓器二次側電流；ud。一直流側電壓；ip—直流電路輸出電流；UU, uv, Uw-逆變器U相，V相，W相的輸出電壓；iu, iv, iw-逆變器U相，V相，w相的輸入電流； 定義整流器與逆變器各橋臂開關函數(shù)為:
【文檔編號】G05B17/02GK103995477SQ201410230683
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】葛興來, 郝琦, 宋文勝, 馮曉云, 熊成林 申請人:西南交通大學