电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法技术

本发明专利技术公开了一种电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法，包括：1利用FPGA对外部硬件在环控制器所产生的PWM信号进行高速采样和等效脉宽的计算，并通过等效脉宽重构处理确定开关动作等效时刻，若某个仿真步长周期内存在多次开关动作，则统一为一个开关动作等效时刻；2根据待仿真模型的网络方程，求解出开关动作等效时刻的相关状态变量，并根据开关动作等效时刻在仿真步长周期内的具体位置引入两种模型解算方式，本发明专利技术能减小各个仿真步长周期内脉冲宽度的测量误差以及减小开关动作处理过程中的计算量，从而能提高有限步长内电力电子实时仿真的计算精度和仿真效率。

【技术实现步骤摘要】
电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法
本专利技术涉及一种电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法，属于电力电子实时仿真领域。
技术介绍
电力电子技术已广泛应用于我国的工业、交通、国防等国民经济的各个领域。作为研究电力电子技术的重要手段，实时仿真可以帮助研究人员验证控制算法和保护策略的有效性以及便于硬件设计调试。实时仿真以设定的仿真步长周期采样PWM信号，当PWM信号的频率较高时，一个仿真步长内脉冲宽度的测量误差随着仿真步长的增大而增大，可能严重影响仿真精度；此外，一个仿真步长周期内也可能会出现多次开关动作，实时仿真在进行仿真计算时会忽略这些开关动作，导致仿真结果的精度不高。常用的解决方法主要有以下几种：1)利用FPGA板卡对外部控制器产生的PWM信号进行平均化处理，计算出PWM信号在每个仿真步长周期内的面积占比，将其作为待仿真模型的输入。平均值模型就是基于这个原理，并结合开关函数对待仿真模型进行求解，但是平均值模型不适用于任意工况，难以模拟不控整流情况。2)通过线性插值法确定开关动作时刻和该时刻的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法，其特征在于包括步骤如下：/n步骤1、高速采样和等效脉宽的计算：/n设定仿真步长周期为Ts，利用FPGA对外部硬件在环控制器所产生的PWM信号进行高速采样，得到第n个仿真步长周期Ts(n)内的M个采样值并作为计数器的使能信号；n≥0；/n所述计数器根据第n个仿真步长周期Ts(n)内每一个采样值对PWM信号处于高电平的状态进行计数，得到计数结果k(n)，并作为第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的等效脉宽，0≤k(n)≤Ts/T

【技术特征摘要】
1.一种电力电子实时仿真的PWM信号采样和等效脉宽重构方法，其特征在于包括步骤如下：
步骤1、高速采样和等效脉宽的计算：
设定仿真步长周期为Ts，利用FPGA对外部硬件在环控制器所产生的PWM信号进行高速采样，得到第n个仿真步长周期Ts(n)内的M个采样值并作为计数器的使能信号；n≥0；
所述计数器根据第n个仿真步长周期Ts(n)内每一个采样值对PWM信号处于高电平的状态进行计数，得到计数结果k(n)，并作为第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的等效脉宽，0≤k(n)≤Ts/Tclk；Tclk表示FPGA的计数时钟周期；当k(n)＝0时，表明第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号为低电平；当k(n)＝Ts/Tclk时，表明第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号为高电平；
步骤2、开关动作等效时刻的确定：
根据第n个仿真步长周期Ts(n)内的第1个采样值和第M个采样值、以及第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的等效脉宽k(n)，利用式(1)得到第n个仿真步长周期Ts(n)内的开关动作等效时刻td(n)：
td(n)＝k(n)·Tclk(1)
式(1)中，0<td(n)<Ts；
步骤3、判断k(n)＝0或者k(n)＝Ts/Tclk是否成立，若成立，则令第n个仿真步长周期Ts(n)内经过等效脉宽重构处理后的PWM信号保持采样时刻的电平值；否则，执行步骤4；
步骤4、判断第n个仿真步长周期Ts(n)内的第1个采样值是否为“1”，若为“1”，则令第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的高电平的持续时间从第1个采样时刻开始到开关动作等效时刻td(n)结束，从而得到第n个仿真步长周期Ts(n)内经过等效脉宽重构处理后的PWM信号；否则，表示第1个采样值为“0”，并执行步骤5；
步骤5、判断第n个仿真步长周期Ts(n)内的第M个采样值是否为“1”，若为“1”，则令第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的高电平的持续时间从开关动作等效时刻td(n)开始到第M个采样时刻结束，从而得到第n个仿真步长周期Ts(n)内经过等效脉宽重构处理后的PWM信号；否则，表示第M个采样值为“0”，则令第n个仿真步长周期Ts(n)内PWM信号的高电平的持续时间从第1个采样时刻开始到开关动作等效时刻td(n)结束，从而得到第n个仿真步长周期Ts(n)内经过等效脉宽重构处理后的PWM信号；
步骤6、利用后向欧拉法对待仿真模型中各元件进行差分化建模，得到各元件的诺顿等效模型，从而利用式(2)建立矩阵形式的网络方程：
[Gnode]·[unode(tn+1)]＝[inode(tn+1)](2)
式(2)中，tn+1代表第n个仿真步长周期Ts(n)的结束时刻，[Gnode]是由各元件等效导纳组成的节点导纳矩阵；[unode(tn+1)]、[inode(tn+1)]分别代表第n个仿真步长周期Ts(n)结束时刻的节点电压矩阵和节点电流矩阵；
步骤7、网络方程的仿真计算：
步骤7.1、将经过等效脉宽重构处理后的PWM信号作为网络方程的输入，在第n个仿真步长周...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梅，秦朗，施永，苏建徽，赖纪东，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34