FPGA实现的谐波电压源离散域建模与实时仿真

"基于FPGA的谐波电压源离散域建模与仿真" 在电力系统中，谐波污染已经成为一个重要的问题，由于非线性负荷的增多，如电力电子设备，导致谐波现象日益严重。为了准确测量和分析电能质量，研究谐波电压源变得至关重要。本文主要关注基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的谐波电压源离散域建模与仿真技术。 首先，文章分析了谐波电压源的主电路模型，这种模型通常由三相H桥逆变器组成，每个H桥由四个IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）开关管构成。通过控制这些开关管的导通和关断，可以产生频率、幅值和相位可调的谐波电压。主电路的直流侧由整流电路提供，整流电路由降压变压器和三相不可控整流器组成，确保电源的稳定性。 在控制策略方面，文章探讨了基于滤波电容电流和负载电压瞬时值的双闭环PI（Proportional-Integral）控制策略。PI控制器因其简单且鲁棒性好而广泛应用于工程控制中。双闭环控制包括电压环和电流环，电压环负责调整输出电压，电流环则用于精确控制通过滤波电容的电流，以确保谐波电压的稳定输出。这种控制策略利用SPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）技术，通过改变脉冲宽度来调节逆变器输出的电压波形，从而实现谐波电压的精确合成。 为了实现高速、实时的控制，文章利用了VHS-ADC（Very High Speed Analog-to-Digital Converter，高速模数转换器）数字信号处理系统。VHS-ADC的特点是采样率高，能够快速捕获信号变化，实时性强，适应快速变化的电力系统环境。同时，它的建模灵活性使得在离散域中构建实时仿真控制模型成为可能。 在Simulink环境中，作者搭建了谐波电压源的连续域模型，并进一步将其离散化，以便在FPGA上实现。离散域仿真模型能够精确地模拟实际系统的行为，验证控制算法的正确性。通过仿真结果，证明了基于FPGA的这种方法是可行的，能够有效地生成和控制谐波电压源。 该研究展示了如何利用FPGA技术构建谐波电压源的离散域模型，以及基于双闭环PI控制策略的高效谐波电压生成。这种方法对于提高谐波电压源的性能，特别是在电能计量和谐波分析中的应用，具有重要的理论和实践意义。