StarSim FPGA Circuit RonRoff Solver是远宽能源推出的支持用户在以大小电阻(RonRoff)的方式来对电力电子开关来进行建模的软件,它需要和StarSim FPGA Circuit Solver (LC Solver) 配合使用。
开关大小电阻建模指的是采用一个小电阻来建模闭合开关,一个大电阻来建模断开状态开关;这个方法是离线电磁暂态仿真软件采用的经典的开关建模方法。对于大小电阻建模方法,开关状态变化时的对应的电阻数值在切换,这样当电力电子变流桥中的开关在频繁的开通和关断时候,系统的导纳矩阵就在不停变化;这个对基于FPGA的仿真实现是非常有挑战的。
经典的开关LC建模方法,具有一个非常好的优点就是不管开关状态如何变化,只是注入电流计算方式发生变化,系统导纳矩阵不变。但是局限是,因为是用储能元件(电感或电容)来建模开关,当开关状态切换时候,存储在电感或电容的能量容易丢失,造成虚假的功率损耗。在开关频率小于20kHz的时候,一般情况下,可以通过比较好的设置 Gs和开关关断初始电压 (Vs_off_init)来减小开关损耗,并取得比较好的仿真效果。但是对于PWM频率高于20kHz的场合,LC建模方式往往比较难取得比较好的效果。
为此ModelingTech推出了 RonRoff 和LC 混合建模的仿真方法,对于低开关频率的拓扑,用户可以采用LC建模的方法;但是对于高开关频率的场合,用户可以选择RonRoff的建模方式,来取得更好的仿真结果。
如下有源滤波器系统有一个二极管整流桥(作为非线性负载),还有一个 IGBT变流桥,IGBT变流桥是用来产生补偿电流的,来使得电网电流谐波少(波形接近正弦)。IGTB的开关频率高有利得到好的滤波效果。这个例子系统中变流桥工作在50kHz的开关频率下。
对于这个系统我们采用了 RonRoff和LC混合建模的方式,二极管桥采用LC建模,IGBT变流桥采用RonRoff建模。下图展示了混合建模的方法和Simulink的仿真结果比对,蓝色的是Simulink的离线仿真结果,红色的是 RonRoff和LC混合建模的仿真结果。图的左边部分是IGBT变流桥还未产生补偿电流时候,电网电流是非线性的二极管整流波形;右半部分是当IGBT变流桥开始产生补偿电流的时候,电网电流的波形变好,趋近正弦;可以看到红色和蓝色曲线是重合的很好的,验证了混合建模方法的有效性和准确性。
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