-
關(guān)于研旭
-
-
-
服務(wù)支持
如何讓電力電子仿真更接近真實(shí)~
發(fā)布時(shí)間：
2021-10-11 11:38
來源：
Simulink是電力電子應(yīng)用廣的軟件，很適合用于驗(yàn)證控制算法?，F(xiàn)在市面上有各種各樣的電路仿真軟件，比如Saber，PLECS，PSpice，LTSpice，PSIM，PSCAD等等。
然而，對比起PSpice，Simulink的弱點(diǎn)在于，他的power stage模塊不是很接近實(shí)際系統(tǒng)，都是一些理想的開關(guān)器件，新出的electroinics工具包相對更接近實(shí)際模型，但是仍然不夠。畢竟Simulink這個(gè)軟件大部分工科專業(yè)都會(huì)用。如果想要驗(yàn)證一些難以解釋的現(xiàn)象，例如試驗(yàn)中出現(xiàn)的overshoot，spikes，諧波等現(xiàn)象，還是需要用到SPICE模型，因此，這里做個(gè)筆記，如何讓仿真更接近實(shí)際系統(tǒng)，這是我看一些高級玩家的心得。如果有錯(cuò)誤或者缺漏，希望大家提供一些指正，多交流交流技術(shù)，有些方法我都沒試過。
首先，一個(gè)完整的項(xiàng)目步驟，應(yīng)該是明確問題、文獻(xiàn)調(diào)研、提出方案，理論建模、設(shè)計(jì)參數(shù)，仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)硬件，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證幾步。好的仿真模型，可以給實(shí)驗(yàn)提供參考，例如控制參數(shù)、代碼bug等等。如果你的仿真模型和硬件十分接近，可能你設(shè)計(jì)的控制參數(shù)就能直接套用，而不需要花很多時(shí)間試湊參數(shù)。
1.入門步驟：離散化。這個(gè)是基本的?，F(xiàn)在的控制大多是數(shù)字控制，模擬控制多數(shù)應(yīng)用在較簡單，或者對速度要求較高的系統(tǒng)中。數(shù)字控制一般都用的是DSP或者FPGA實(shí)現(xiàn)，DSP的控制過程是這樣的：我們一般把控制寫到EPWM中斷中，每一個(gè)開關(guān)周期執(zhí)行一次中斷。同時(shí)，采樣也是寫在PWM中斷里面了，每次中斷，讀一次ADC。因此，你的仿真也需要這樣做。簡單的做法是，用Z變換把所有關(guān)于控制的模塊離散化。但是power stage的所有模塊，模擬的是實(shí)際的物理模型，因此，power stage的模塊需要和你的仿真步長一致，越小越好。當(dāng)然，步長小仿真就慢，還是要看你的電腦性能了。Geek做法就是用S-function寫，以前我們實(shí)驗(yàn)室的德國PhD就是這么干的，需要你對硬件和編程的理解比較高，而且工作量大。S-function可以做到和DSP程序接近，你需要把你的算法全部寫成編程語言，簡單的可以寫成C，更牛的直接用MEX。S-function和硬件一樣的運(yùn)行原理，都是初始化過后，就進(jìn)入死循環(huán)，然后不停地更新變量、輸出循環(huán)，還可以自定義離散變量或者連續(xù)變量。另外，MEX格式的S-function不需要電腦再編譯一次，因此，相對較快。用代碼寫控制算法的好處是：可以直接把你的DSP代碼放進(jìn)去，這樣容易發(fā)現(xiàn)程序中的Bug，另外，換個(gè)人多半看不懂你的代碼，易于保密。但是壞處就是不好調(diào)，編程語言肯定不像控制模塊那么易懂。
2.中級步驟：PLECS和PSIM。PLECS相比于Simulink，對于電力電子更專業(yè)，PLECS專門針對電力電子變流器做了算法上的優(yōu)化，可以讓仿真更快一點(diǎn)，另外，PLECS可以讓你選擇開關(guān)的一些寄生參數(shù)。重要的是，PLECS提供熱仿真，你可以看到開關(guān)管的溫度，同時(shí)可以看到開關(guān)管的參數(shù)隨著溫度變化的過程。當(dāng)然，需要模擬更精確，例如考慮冷卻，ANSYS應(yīng)該更好，但是ANSYS不能做電路仿真。PLECS提供blockset和stand-alone版本，blockset直接集成到simulink里面，stand-alone是單獨(dú)的，比blockset更快，但是需要你自己搭建一些基礎(chǔ)模塊，畢竟PLECS的toolbox不如Simulink那么多，但是也足夠用了。
但是，對于開關(guān)管本身的參數(shù)，好的軟件還是Saber和PSpice，這兩個(gè)軟件可以直接對半導(dǎo)體進(jìn)行物理建模，而且你可以自己按照測試結(jié)果修改模型。Saber可以和Simulink對接，控制做到Simulink里面，power stage放到Saber里面，這樣就非常準(zhǔn)確了。Saber的問題在于跑得慢，而且Saber算法不容易收斂，不適合MMC，微網(wǎng)這種復(fù)雜系統(tǒng)。PSIM也可以，PSIM自帶的開關(guān)模型不是特別好，但是PSIM可以添加SPICE模型進(jìn)去，所以，你可以模擬Cgd，Cgs，Rrrs等開關(guān)寄生參數(shù)，這個(gè)對于你發(fā)現(xiàn)問題是有好處的。PSIM還有一個(gè)比較強(qiáng)大的功能是，可以直接編譯成DSP代碼，目前提供四個(gè)DSP型號，TI的28335在里面。MATLAB也有這個(gè)功能，但是不是專門針對于DSP。PSpice也是支持Simulink的，把PSpice模型放到Simulink，可以讓兩者一起跑，用法和Saber一樣。
3.土豪方案：硬件在環(huán)HIL。需要硬件支撐的。電腦做仿真，基本都是離線的仿真，一般來說，如果是開關(guān)頻率級別的仿真，用電腦跑，一秒可能都需要三四分鐘，甚至幾個(gè)小時(shí)。對于有些情況，我們需要實(shí)時(shí)仿真，例如，有些發(fā)散是需要很長時(shí)間才能看到，你別想指望用Simulink跑10分鐘，你的電腦內(nèi)存撐不住，實(shí)時(shí)仿真可以。HIL便宜的可以用Typhoon，貴的可以上RTDS或者OPAL-RT。后兩者確實(shí)很貴，隨便一臺(tái)就好幾萬美元了，而且，OPAL-RT主要用于系統(tǒng)層級的仿真，想要到開關(guān)頻率級別，例如20kHz，那就要上他們的頂級裝備，確實(shí)一般買不起。Typhoon對于一些簡單一點(diǎn)的系統(tǒng)，還是能夠仿得不錯(cuò)的，HIL603的步長zui小到0.5微秒。另外，typhoon提供DSP拓展卡，直接可以把你的DSP control card放到typhoon上面跑，可以大大提高仿真精度。
相關(guān)新聞
2025 | 研旭電氣論文征集補(bǔ)貼活動(dòng)，為感謝全國各地科研人員對南京研旭電氣的支持與厚愛，公司現(xiàn)決定舉辦2023年度論文發(fā)表獎(jiǎng)勵(lì)活動(dòng)。
5月23 - 25日長春見！南京研旭邀您相約第63屆高等教育博覽會(huì)
2025年5月23-25日，由中國高等教育學(xué)會(huì)主辦，吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、國藥勵(lì)展展覽有限責(zé)任公司承辦，中國高等教育學(xué)會(huì)科技服務(wù)專家指導(dǎo)委員會(huì)、各分支機(jī)構(gòu)、中國高等教育培訓(xùn)中心、《中國現(xiàn)代教育裝備》雜志社有限責(zé)任公司等協(xié)辦的第63屆中國高等教育博覽會(huì)，將在中鐵·長春東北亞國際博覽中心召開舉行。 研旭展位號：A1J71
祝賀【揚(yáng)大與南航】研究人員聯(lián)合發(fā)表高水平論文
揚(yáng)州大學(xué)和南京航空航天大學(xué)的研究人員提出了一種基于時(shí)頻馬爾可夫排列轉(zhuǎn)移場（TFMPTF）的串聯(lián)電弧故障檢測方法。首先，采用變分模態(tài)分解將電流信號分解為包含不同頻率成分的模態(tài)，以防止不同頻段信息之間的干擾。然后，利用 TFMPTF 將這些模態(tài)轉(zhuǎn)換為二維矩陣。創(chuàng)新性地在TFMPTF中提出了時(shí)頻排列模式狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析的概念，從而能夠有效地描繪電流信號的獨(dú)特結(jié)構(gòu)信息。隨后，采用奇異值分解算法從矩陣中提取故障特征。最后，利用核極限學(xué)習(xí)機(jī)對故障特征進(jìn)行處理以獲得檢測結(jié)果。離線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的方法準(zhǔn)確率為 98.97%，通過與不同方法進(jìn)行對比，驗(yàn)證了該方法的先進(jìn)性和適應(yīng)性。利用所提出的方法和對比方法執(zhí)行了在線檢測實(shí)驗(yàn)，在線實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出方法的檢測速度和檢測精度。
2025年6月6日-8日，由中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)、浙江大學(xué)先進(jìn)電氣裝備創(chuàng)新中心、浙江大學(xué)、杭州市余杭區(qū)人民政府、清華大學(xué)和華中科技大學(xué)主辦，浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院、杭州市余杭區(qū)委人才辦和浙江余杭經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)協(xié)辦的2025電機(jī)系統(tǒng)及其控制學(xué)科與產(chǎn)業(yè)交流大會(huì)，將在杭州奧克斯中心皇冠假日酒店召開舉行。 2025年6月5-8日，由IEEE電力電子學(xué)會(huì)主辦，東南大學(xué)、江蘇省自動(dòng)化學(xué)會(huì)承辦，IEEE工業(yè)電子學(xué)會(huì)南京分會(huì)與南京航空航天大學(xué)協(xié)辦的2025年第八屆IEEE電力電子與電驅(qū)系統(tǒng)預(yù)測控制國際會(huì)議，將在南京金陵之星大酒店召開舉行。
祝賀【山東大學(xué)】新型配電網(wǎng)交直協(xié)同與優(yōu)質(zhì)供電團(tuán)隊(duì)發(fā)表高水平論文
論文題目：考慮多頻耦合的光伏變流器諧波電流主動(dòng)抑制方法 作者：單鵬博 孫媛媛 賴逸柔 張帆 李瓊林 李亞輝 易皓 期刊名稱：中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) 引用格式：[1]單鵬博,孫媛媛,賴逸柔,等.考慮多頻耦合的光伏變流器諧波電流主動(dòng)抑制方法[J/OL].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),1-13[2025-05-19].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20250321.1202.005.html. 論文鏈接：https://link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250321.1202.005?
廈門見！【南京研旭】邀您參加第十二屆電工技術(shù)前沿問題學(xué)術(shù)論壇（FAFEE 2025）
在全球能源格局深刻變革與"雙碳"戰(zhàn)略深入推進(jìn)的時(shí)代背景下，電氣工程學(xué)科已進(jìn)入多學(xué)科深度交叉、多技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新的新發(fā)展階段。為深入探討電氣工程領(lǐng)域重大研究進(jìn)展，共享前沿科技動(dòng)態(tài)及發(fā)展成果，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)定于2025年5月23-25日，在福建省廈門市召開“第十二屆電工技術(shù)前沿問題學(xué)術(shù)論壇（FAFEE 2025）”。
微信公眾號
