基于RT-LAB的大功率逆变电源实时仿真

　　1 引言

　　大功率电力电子是一个正不断发展的领域。新技术层出不穷，技术成熟度可能有所欠缺，为了保证实际装置的可行性及可靠性，事先对实际的控制和保护系统进行详尽的闭环物理测试必不可少[1]。实时仿真可以实现硬件在线闭环调试，使实际控制器等同于连接到实际装置中，从而实现在各种参数和运行条件下的闭环测试。大功率逆变电源作为大功率电力电子装置的重要成员，在民用和军事上都有很多的应用。本文利用RT-LAB 仿真平台搭建大功率逆变电源实时仿真系统，控制板采用实物，主回路采用 RT-LAB 仿真平台进行建模与仿真，控制板与主回路通过RT-LAB 的 I/O 连接，来模拟实际运行的各种工况。

　　2 大功率逆变电源的拓扑结构和控制策略

　　本文所研究大功率逆变电源的拓扑结构和控制方案均已确定，但是为了便于实时仿真，有必要了解其拓扑结构和采取的控制方案，这样才有利于仿真时模型的搭建、参数的选择，以及实时仿真平台的调试。

　　2.1 拓扑结构

　　大功率逆变电源主电路结构如图 1 所示，由三个单相全桥逆变器构成组合式三相逆变电路。该拓扑类型的逆变器适合中低压大电流应用场合，由三个单相组合成，可以采用较灵活的控制策略。输入端接直流电压，通过组合式三相逆变电路输出三相电压，再通过三相 LC 滤波器得到对称三相电压，经组合式三相变压器进行隔离，最终输出三相交流电压。其中负载无中线连接，整个系统属于三相无中线系统。

　　2.2 控制策略

　　针对组合式三相逆变电源的结构，采取三相统一控制方案。将 abc 三相坐标系等效为 dq 同步旋转坐标系，这样三相逆变电源的输出电压由两部分组成：常量和周期重复量，输出电压中的基波对称分量为常量，其他正/负序谐波和不对称量为交变的周期性重复量。针对此特点采用两层结构控制器，即瞬时值反馈控制加重复控制[2]。瞬时值反馈控制采用 PID 调节器，是基于开关周期的调节，对恒定直流指令的跟踪调节可达到无静差，动态响应速度快。重复控制是基于周期的控制器，适用于周期性重复量的无差调节，用来抑制谐波和不对称分量，其动态响应的速度往往满足不了系统的要求。这两种控制方法相结合，可以快速抑制负载扰动引起的输出电压变化，同时也可以消除重复控制动态响应速度慢的缺点，二者响应速度不同，在时间上是解耦的。

　　3 实时仿真的实现

　　实时仿真作为置信度最高的一种仿真方法[3]，可以分为两类：一类为硬件在回路仿真(HIL)，将实际的控制器接入仿真回路构成闭环系统;另一类为快速控制原型(RCP)，将虚拟的控制器与实际的控制对象构成闭环回路[4]。本文为硬件在回路仿真，RT-LAB 接收控制板发出的 SPWM 波信号，共计 12 路，RT-LAB 反馈控制板所需的模拟信号，共计 15 路，示意图如图 2 所示。整个实时仿真系统的实现主要可以分为 SPWM 波的采集、IGBT 模型和主回路模型的搭建，下面分别予以阐述。