EasyGo使用筆記：無需FPGA編譯，單相級聯(lián)逆變器并網(wǎng)實驗應(yīng)用測試

“Easygo 仿真平臺操作非常簡單，基本可實現(xiàn)免培訓(xùn)操作。它在線調(diào)整電路參數(shù)的功能非常好用，輕松解決了想在線驗證突變工況的控制特性的需求。”

——西南交通大學(xué)某團隊

筆記分享

現(xiàn)代應(yīng)用中越來越多的負載需要高電壓，大電流供電。通常逆變器輸出的電壓受到了開關(guān)管耐壓值的限制，為了突破單管器件的耐壓程度限制，基于級聯(lián)型的變換器被學(xué)者所提出，這種基于變換器的級聯(lián)方式，不僅可以實現(xiàn)能量輸出的匯聚，還可以提升系統(tǒng)輸出電壓的大小。

級聯(lián)型變換器相對于傳統(tǒng)兩電平，三電平變換器來說，在減小無源元件體積和降低開關(guān)電壓應(yīng)力等方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。所以近些年對于級聯(lián)多電平逆變器的研究和應(yīng)用一直在持續(xù)進行。

五電平級聯(lián)h橋逆變器

級聯(lián)型逆變器是由若干個基本逆變單元(例如H橋逆變器)通過級聯(lián)組成的。這種逆變器主要是通過對每一個逆變單元輸出的方波進行疊加合成。近年來,級聯(lián)多逆變器在中高壓調(diào)速、電力有源濾波器等應(yīng)用中已引起了極大的關(guān)注,成為中高壓能量變換的首選方案。

對于高校實驗室來說，搭建這樣的功率實物系統(tǒng)比較繁瑣，同時存在用電安全問題，未經(jīng)驗證的控制器前期存在較多問題，直接進行實物調(diào)試，會導(dǎo)致測試成本和安全風(fēng)險增高。所以團隊希望能夠在空間相對局限，以及安全的情況下快速完成控制程序代碼的開發(fā)驗證。

在實際的仿真應(yīng)用中，系統(tǒng)一般可拆解為控制側(cè)與被控的對象側(cè)（例如，電機驅(qū)動系統(tǒng)是由DSP控制器和實物電機構(gòu)成），實時仿真主要用于模擬對象側(cè)的仿真，它是用實時仿真器同控制器構(gòu)成閉環(huán)測試系統(tǒng)的應(yīng)用，也叫硬件在環(huán)仿真（HIL）。

實時仿真技術(shù)結(jié)合了普通離線仿真軟件和功率實物模擬的優(yōu)點，已成為電力與新能源行業(yè)科研、研發(fā)與測試的重要工具，在高校和工業(yè)界都得到了越來越多的應(yīng)用。

本次試用用戶所搭建的單相級聯(lián)逆變器就是多電平級聯(lián)逆變器的其中一種，這種拓撲主要應(yīng)用在電氣化鐵路新型牽引供電系統(tǒng)，在實驗室的環(huán)境下快速安全的搭建半實物仿真驗證平臺，是幫助用戶更快速驗證系統(tǒng)可行性的有效工具。本文主要為大家分享利用 easygo 平臺對單相級聯(lián)逆變器并網(wǎng)實驗的驗證。

本次測試模型使用4模塊H橋（CHB-4）逆變器，電路參數(shù)為：直流電壓60V，網(wǎng)側(cè)電壓216V/50Hz，調(diào)制度為0.9，對稱電感2mH；調(diào)制算法采用載波層疊脈寬調(diào)制（PD-PWM）。

該實驗主要是在進行電力電子系統(tǒng)在環(huán)測試時，同時通過實時修改它的電路參數(shù)來進行不同工況突變下的連續(xù)測試，來測試平臺動態(tài)性能。

如上圖所示，本次實驗使用了EasyGo仿真平臺 NetBox ，搭載上位機軟件DeskSim。NetBox利用FPGA進行ns級的電力電子系統(tǒng)實時仿真，通過物理IO對接控制器進行測試，滿足電力電子系統(tǒng)高頻控制的特點。由于接口都是弱電信號，無需擔(dān)心安全問題，極大加快測試的進程。

實驗結(jié)束后，西南交通大學(xué)本次實驗帶隊老師感慨道：

“現(xiàn)在國內(nèi)的實時仿真產(chǎn)品技術(shù)越來越讓人驚艷。相較之前實驗室使用過的其他國外實時仿真產(chǎn)品，Netbox 在降低了上手操作難度的前提下，還保證了實驗測試的精準(zhǔn)性。

難能可貴的是，產(chǎn)品技術(shù)支持響應(yīng)很快，雖然沒有到現(xiàn)場來進行試用培訓(xùn)，但是通過遠程的方式，兩天就讓學(xué)生們上手了。學(xué)生們也都向我反映，用你們的 netbox 做仿真實驗，他們搭建的離線模型基本不需改動，就可以下載到NetBox上運行，甚至 FPGA 編譯都省去了，真的是給他們節(jié)約了不少時間?！?/p>

一口氣說了這么多，非常感謝何老師對我們產(chǎn)品及技術(shù)支持服務(wù)的認可，下面讓我們來看一下本次實驗的成果展示：

4模塊級聯(lián)CHB端口電壓、電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流波形

4模塊級聯(lián)CHB各模塊端口電壓

4模塊級聯(lián)CHB各模塊直流側(cè)電流

根據(jù)測試結(jié)果分析，Net-box 能較好地實現(xiàn)CHB-4的硬件電路模型，且端口電氣量測量效果良好。NetBox僅需配置相應(yīng)的端口即可完成硬件在環(huán)模擬，且基于Matlab/Simulink實現(xiàn)方式具有上手快、通用性強的特點，在完成端口配置的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)免培訓(xùn)操作。

NetBox是一款基于FPGA的電力電子實時仿真產(chǎn)品。FPGA無需編譯，直接建好模型就可以運行，操作簡單。離線仿真驗證的模型基本無需修改，就能變?yōu)閷崟r仿真模型，極大貼近用戶simulink使用習(xí)慣。配置上EasyGo DeskSim軟件，方便完成系統(tǒng)模型下載運行，實時調(diào)參，數(shù)據(jù)記錄等功能，從而進行半實物仿真。歡迎感興趣的工程師留言交流，我們還為大家開放產(chǎn)品免費試用活動，只要后臺私信發(fā)送【試用】，填寫試用申請，下一個產(chǎn)品試用官就是你！