基于FPGA的双有源桥DC/DC变换器建模与实时仿真技术

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随着电力电子技术的不断发展,各类电力电子设备的应用越来越广泛。半实物实时仿真技术作为电力电子系统研究与测试的重要手段,可以加速电力电子系统的开发和设计,并且可以更为安全、便捷地模拟出系统在特定情境下的工作特性,从而大幅提高科研效率。本文以常用的双有源桥DC/DC(Dual Active Bridge,DAB)变换器为对象进行数学建模,设计并搭建了基于FPGA的半实物实时仿真平台,本文所建的半实物实时仿真平台可以方便电力电子技术的教学与实验。主要完成以下工作:1、介绍了半实物实时仿真技术的原理以及基于FPGA的实时仿真平台的发展现状,同时也总结了当前电力电子系统的建模方法以及电力电子开关的建模方法。2、以双有源桥DC/DC变换器为对象,详细分析了二值电阻法和二值L/C法的建模原理。对于二值电阻法变系数矩阵求逆矩阵操作占用过多资源的问题,采用了拆分建模法以减小计算量;对于二值L/C法存在的开关震荡问题,采用了参数优化方法以及开关支路初始化方法以提高建模精度。最后通过离线仿真验证了建模方法的正确性,并分析比较了两种建模方法的特点,指出了其分别适应的应用场景。3、详细介绍了基于System Generator的FPGA建模程序开发和下载流程,并基于System Generator开发工具进行了双有源桥DC/DC变换器的建模,实现了系统数学模型到FPGA硬件描述语言的转换和下载。4、搭建了基于FPGA的电力电子半实物实时仿真平台,基于该平台进行了双有源桥DC/DC变换器的实时仿真实验,通过与离线仿真的结果进行比较,验证了本文所建模型的正确性以及实时仿真平台的可行性。
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