基于多FPGA的電力電子半實物仿真系統(tǒng)研究.pdf

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

2、子半實物仿真系統(tǒng)架構。將半實物仿真系統(tǒng)的各功能模塊獨立開來，形成不同功能板卡，方便系統(tǒng)擴容；采用全硬件FPGA架構，以多片FPGA作為并行核心運算單元，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。
　　針對本文半實物仿真系統(tǒng)，分析了該架構設計時的關鍵技術問題。首先分析了電力電子實時仿真對計算資源的要求，其次對多FPGA的級聯拓撲進行了對比選取，定義了各板卡間的通信結構并對各功能板卡間數據實時傳輸需求進行了分析，并

3、設計了一種滿足以上通信需求的增強型SPI通信方式，實現了接口板卡與FPGA核心計算板卡間的數據通信；采用LVDS高速通信實現擴容FPGA核心計算板卡間的數據交換。
　　基于以上分析，本文搭建了基于多FPGA的電力電子半實物仿真平臺，給出了平臺的具體設計過程，并從仿真容量及精度上對其性能進行了估算與分析。最后采用硬件描述語言搭建了10kV12級聯H橋STATCOM電路模型，載入FPGA核心計算板卡中，將外部控制器與半實物仿真平臺相連