[经验]

EasyGo FPGA Coder高速控制实例分享 ——基于有源阻尼控制的LCL滤波三相逆变器半实物仿真测试

2022-6-6 11:36:09

861 半实物仿真实时仿真硬件在环电力电子

LCL构成的三阶滤波器具有更好的高次谐波衰减能力，可以在总电感值比L型滤波器电感值小很多的条件下，实现相同的滤波效果。但是LCL滤波器本身存在谐振问题，为提高稳定性，一般会考虑加入虚拟阻尼控制的方式，通过叠加补偿电流反馈来达到系统稳定控制的效果。

离线模型如下所示：

离线仿真结果：

如果不采用补偿算法，LC之间会发生振荡，而加入了补偿算法可以有效抑制振荡，保持系统的稳定性。为了更好的模拟实际情况，我们采用半实物仿真的方式来进行验证。

半实物仿真验证：

半实物仿真验证的时候，我们将主电路系统放入EasyGo NetBox 电力电子仿真器中运行，仿真步长设置为1e-6，即1us实时仿真，将控制系统放入PXIBox中，控制模型运行在10k，即1e-4步长运行。结果发现，即使加入补偿算法，系统电流还是会振荡发散。

分析原因：

在真实系统中，实物控制器首先通过硬件采集，然后传到运算单元计算，最后输出结果来发出指令,整个过程会有一定的延迟。因为采用了补偿算法，所以可能会由于补偿的时延导致系统不稳定。

因为ADC的更新率，PWM更新率都非常快，一般只有几百ns，最多1-2us的延迟（具体根据实际PWM的更新率以及ADC的更新率可计算出），相对于模型实时计算的周期Ts_Control要小很多，所以大部分的实际系统的时延是由于控制器的控制周期带来的，考虑到以上几个部分存在并行同步的运行，所以时延可能会在1-2个Ts_Control。

原因离线分析：

为了验证是否是因为时延导致算法运行不合理，我们在离线仿真程序中模拟实际控制系统的时延因素，时延选择为2个Ts_Control延迟。同时调整不同的控制周期并进行仿真对比：

1. 控制速率200k，delay大约在1e-5s，kp=20，ki=100

2. 控制速率50k，delay大约在4e-5s，kp=20，ki=100

3. 控制速率20k，delay大约在1e-4s，kp=5，ki=40

控制速率20k，delay大约在1e-4s，kp=20，ki=100（调整PI ，有助于改善波形，但是还是会振荡。）

4. 10k，delay大约在2e-4s，kp=5，ki=40

初步结论：

对于此系统，确实过大的时延会带来影响，所以控制速率越快，实际系统的延迟越小，控制的稳定性越好。从离线仿真效果来看，要忽略时延带来的影响，需要控制速率至少要达到50k，甚至200k的控制速率，这种控制速率用传统的实时CPU运行方式是无法达到的。EasyGo FPGA Coder技术可以非常简单将模型运行在FPGA上，轻松完成200k的实时控制。

实际运行的结果如下（录波波形）：

不加补偿算法：

加补偿算法：

素材来源于：武汉理工某团队