用于电力变换器HIL FPGA仿真的优化实现方法

《IEEE Latin America Transactions》：Optimized implementation methodology for HIL FPGA simulations for power converters

　　

摘要：

随着电力电子系统复杂性的不断增加，需要具备高计算速度和精确度的仿真方法。传统的基于软件的仿真方法存在执行时间长的问题，且难以再现关键的工作条件；而硬件实验则可能使物理组件面临极端工况，从而影响其性能。本文提出了一种优化方法，利用LabVIEW在FPGA上对Boost、Buck以及BoostBuck变换器进行建模、离散化处理及实现。首先根据基尔霍夫定律建立数学模型，再通过欧拉法进行离散化处理，随后通过代数优化步骤减少算术运算次数并降低时钟周期延迟。在25%和75%占空比条件下，通过开环测试比较FPGA运行结果与PSIM仿真结果，发现两者在电容器电压和电感电流响应方面具有很高的一致性。在较高占空比下出现误差增长，原因是采用了UQ10.32固定点格式。总体而言，所提出的方法为实时变换器仿真提供了一种高效且准确的替代方案，有助于更快速、更安全地完成验证工作