基于多FPGA的電力電子半實(shí)物仿真系統(tǒng)研究.pdf

1、大功率復(fù)雜電力電子裝置通常需要半實(shí)物仿真系統(tǒng)來加速裝置開發(fā)和功能驗(yàn)證。然而，商業(yè)化電力電子半實(shí)物仿真系統(tǒng)均由國外公司壟斷，價(jià)格昂貴，系統(tǒng)升級維護(hù)費(fèi)用高，開放性差，仿真容量和接口數(shù)量也受限；國內(nèi)針對電力電子半實(shí)物仿真系統(tǒng)的開發(fā)也較少。為此，本文對適用于電力電子領(lǐng)域的半實(shí)物仿真系統(tǒng)展開了研究。
　　解析了半實(shí)物仿真系統(tǒng)的工作原理，本文對當(dāng)前常見半實(shí)物仿真系統(tǒng)的架構(gòu)及性能進(jìn)行了對比和分析。綜合其優(yōu)點(diǎn)，本文給出了一種基于多FPGA的電力電

2、子半實(shí)物仿真系統(tǒng)架構(gòu)。將半實(shí)物仿真系統(tǒng)的各功能模塊獨(dú)立開來，形成不同功能板卡，方便系統(tǒng)擴(kuò)容；采用全硬件FPGA架構(gòu)，以多片F(xiàn)PGA作為并行核心運(yùn)算單元，有效增加了系統(tǒng)仿真容量，縮短了仿真步長，保障了系統(tǒng)的仿真精度。
　　針對本文半實(shí)物仿真系統(tǒng)，分析了該架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)問題。首先分析了電力電子實(shí)時(shí)仿真對計(jì)算資源的要求，其次對多FPGA的級聯(lián)拓?fù)溥M(jìn)行了對比選取，定義了各板卡間的通信結(jié)構(gòu)并對各功能板卡間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸需求進(jìn)行了分析，并

3、設(shè)計(jì)了一種滿足以上通信需求的增強(qiáng)型SPI通信方式，實(shí)現(xiàn)了接口板卡與FPGA核心計(jì)算板卡間的數(shù)據(jù)通信；采用LVDS高速通信實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容FPGA核心計(jì)算板卡間的數(shù)據(jù)交換。
　　基于以上分析，本文搭建了基于多FPGA的電力電子半實(shí)物仿真平臺，給出了平臺的具體設(shè)計(jì)過程，并從仿真容量及精度上對其性能進(jìn)行了估算與分析。最后采用硬件描述語言搭建了10kV12級聯(lián)H橋STATCOM電路模型，載入FPGA核心計(jì)算板卡中，將外部控制器與半實(shí)物仿真平臺相連