两电平整流器及逆变器高速实时仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种两电平整流器及逆变器高速实时仿真方法。采用混合逻辑动态模型对电力牵引传动系统加以描述，构建了逻辑表达式判断整流器和逆变器的开关函数状态，分别采用状态方程和矩阵方程对整流器和逆变器进行建模。给出电力牵引传动系统离散化计算实现框图，实现了并行的仿真计算。本发明以现场可编程逻辑阵列(FPGA)芯片作为仿真运算单元，通过SystemGenerator工具将仿真数学模型集成在FPGA芯片中，将整流器仿真模型离散化，采用定点数模拟系统中的数值变量；微秒级实时仿真降低了运算步长带来的延迟，提高了仿真系统的动态性能，提高了仿真精度。
【专利说明】两电平整流器及逆变器高速实时仿真方法
所属【技术领域】
[0001]电力电子与电力传动系统的实时仿真【技术领域】，涉及到电力牵引交流传动系统结构的建模以及高速实时仿真方法。
【背景技术】
[0002]大功率电力传动系统研发过程中，需要快速验证控制器的软件算法、设备设计的硬件方案。如果将计算机仿真的算法直接移植到控制器中，并将大型功率设备与实际控制器对接起来，那么会大大提高研发过程的风险系数，有可能会造成大型功率设备损坏，甚至威胁工作人员安全。实时仿真技术是解决该问题的一种有效途径。实时仿真不同于普通计算机仿真，其仿真时间与自然时间同步。采用实时仿真器模拟被控对象，采用真实的数字控制器对其进行控制。如果对被控对象建模足够准确，实时仿真系统具有足够可信度，可替代实际电力牵引传动系统，与控制器相连接进行测试。
[0003]电力牵引传动系统的控制器部分一般由DSP、FPGA组成，生成PWM控制信号。以实时仿真器替换电气功率部分，对控制器进行测试，由于采用仿真器模拟电气功率部分，可避免控制算法设计失误带来的安全隐患，也可通过实时仿真器进行批量的产品测试，达到快速测试控制器性能的目的。实时仿真技术出现在系统的设计、评估、调试、测试等各研发阶段，可缩短产品开发周期，缩小研发成本，降低控制器故障破坏实验设备的风险，提高产品品质。
[0004]实时仿真器承担被控对象物理模型仿真运算，实际控制器对前者所仿真的模型进行控制。二者进行数据交互，仿真器将系统的电流、电压和转速等信息以数字、模拟信号形式提供给控制器，控制器采集并进行处理，将PWM信号发送给仿真器，对其中的物理模型进行控制。实时仿真中，一般由通用计算机处理器承担计算工作，这类离散仿真软件的程序采用串行计算方式，在求解电路时，根据其拓扑和参数将待求电路化为高阶方程组，并进行求解。其中涉及到行列式变换、矩阵乘法求逆等，运算较为复杂，速度难以进一步提升。对于硬件在环仿真系统其他部分，负责数据交互的A/D，D/A器件频率动辄上兆，高至几十兆上百兆，而控制器的控制周期也处在十微秒数量级。显然，硬件在环仿真器的速度已经成为整个仿真系统的瓶颈，影响了实时仿真的响应速度。受限于运算速度，实时仿真还存在模型仿真不精确问题。
【发明内容】
[0005]针对现有基于CPU的实时仿真系统运算速度的不足，本发明提供一种实现电力牵引传动系统两电平整流器及逆变器高速实时仿真的方法。使之克服现有技术的以上缺点。
[0006]本发明的目的是通过如下的手段实现的。
[0007]两电平整流器及逆变器高速实时仿真方法，，对系统模型进行适当简化，采用混合逻辑动态模型对系统进行建模；对电力牵引传动系统模型中变量
[0008]进行定义:[0009]Us—变压器二次侧电压；is—变压器二次侧电流；ud。一直流侧电压；ip—直流电路输出电流；uu，Uv, Uw——逆变器U相，V相，W相的输出电压；iu，iv，iw——逆变器U相，V相，W相的输入电流；
[0010]定义整流器与逆变器各桥臂开关函数为:
【权利要求】
1.一种两电平整流器及逆变器高速实时仿真方法，对系统模型进行适当简化，采用混合逻辑动态模型对系统进行建模； 对电力牵引传动系统模型中变量进行定义: Us—变压器二次侧电压；is—变压器二次侧电流；ud。一直流侧电压；ip—直流电路输出电流；UU, uv, Uw-逆变器U相，V相，W相的输出电压；iu, iv, iw-逆变器U相，V相，w相的输入电流； 定义整流器与逆变器各桥臂开关函数为:
【文档编号】G05B17/02GK103995477SQ201410230683
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】葛兴来, 郝琦, 宋文胜, 冯晓云, 熊成林 申请人:西南交通大学