基于多fpga的电力电子半实物仿真系统研究

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1、中图分类号：TM461论文编号：120870316-S091学科分类号：080804硕士学位论文基于多FPGA的电力电子半实物仿真系统研究研究生姓名滕国栋学科、专业电力电子与电力传动研究方向功率电子变换技术指导教师邢岩教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonMulti-FPGA-BasedHardware-in-the-LoopSim

2、ulationSystemforPowerElectronicsAThesisinElectricalEngineeringbyTengGuodongAdvisedbyProf.XingYanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary，2016承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。

3、对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其它个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：2016.01南京航空航天大学硕士学位论文摘要大功率复杂电力电子装置通常需要半实物仿真系统来加速装置开发和功能验证。然而，商业化电力电子半实物仿真系统均由国外公司垄断，价格昂贵，系统升级维护费用高，开放性差，仿真容量和接口数量也受限；国内针对电力电子

4、半实物仿真系统的开发也较少。为此，本文对适用于电力电子领域的半实物仿真系统展开了研究。解析了半实物仿真系统的工作原理，本文对当前常见半实物仿真系统的架构及性能进行了对比和分析。综合其优点，本文给出了一种基于多FPGA的电力电子半实物仿真系统架构。将半实物仿真系统的各功能模块独立开来，形成不同功能板卡，方便系统扩容；采用全硬件FPGA架构，以多片FPGA作为并行核心运算单元，有效增加了系统仿真容量，缩短了仿真步长，保障了系统的仿真精度。针对本文半实物仿真系统，分析了该架构设计时的关键技术问题。首先分析了电力电子实时仿真对计算资源的要求，其次对多FP

5、GA的级联拓扑进行了对比选取，定义了各板卡间的通信结构并对各功能板卡间数据实时传输需求进行了分析，并设计了一种满足以上通信需求的增强型SPI通信方式，实现了接口板卡与FPGA核心计算板卡间的数据通信；采用LVDS高速通信实现扩容FPGA核心计算板卡间的数据交换。基于以上分析，本文搭建了基于多FPGA的电力电子半实物仿真平台，给出了平台的具体设计过程，并从仿真容量及精度上对其性能进行了估算与分析。最后采用硬件描述语言搭建了10kV12级联H桥STATCOM电路模型，载入FPGA核心计算板卡中，将外部控制器与半实物仿真平台相连接，实现了10kVSTA

6、TCOM的硬件在回路闭环仿真控制。同时搭建了5级联小功率H桥STATCOM平台对半实物仿真系统进行了更深一步的对比测试。实验结果表明：仿真步长2us时，半实物仿真与Matlab仿真误差0.5%以内；系统可以长时间稳定的对理想状况和非理想状况工作的电力电子装置进行半实物仿真，通过半实物仿真验证的控制器可以直接应用于实际平台。关键词：半实物仿真，电力电子，多FPGA系统，模块独立I基于多FPGA的电力电子半实物仿真系统研究ABSTRACTControlofcomplexpowerelectronicsystemsusuallyrelyonhardwa

7、re-in-the-loopsimulationtoaccelerateitsdevelopment.Inviewofthecurrentcommercialhardware-in-the-loopsystems,itwasmonopolizedbyforeigncompaniesandhasalotofdrawbacks,suchashighcost,pooropenness,limitedcapacityandIOports.Andthereislittlepositivityresearchaimedatthistypeofhardware

8、-in-the-loopsimulationsysteminChina.Therefore,thispaperwasgivenastud