基于EasyGo DeskSim進行的AC-DC-MMC五電平的實時仿真

EasyGo DeskSim是一款配置型的實時仿真軟件，它允許用戶將Simulink算法程序快速部署到EasyGo實時仿真機上。實時仿真機支持選配不同的FPGA芯片和IO模塊，能夠處理高速信號，并通過IO模塊輸出真實的仿真結(jié)果，可滿足用戶在科研、教學或工業(yè)測試中的多樣化需求。

本篇內(nèi)容主要介紹基于EasyGo DeskSim進行的AC-DC-MMC五電平的實時仿真。

AC-DC-MMC實時仿真

01軟件特點

▍操作簡單：配置界面只需進行模型的載入，刷新，編輯，移除操作。

▍智能檢測：模型載入后會自動檢測錯誤，并提示用戶修改。

▍方便易用：在FPGA Coder Solver下可用基礎模塊靈活搭建各種高速模型，最小可支持100ns步長的超高速實時仿真，且無需進行FPGA編譯。

▍多種FPGA解算器靈活搭配：可根據(jù)需求選擇合適的解算器，在FPGA上進行電力電子系統(tǒng)仿真或者自定義模型仿真，均無需進行FPGA編譯。

▍自帶工具箱：軟件自帶實用小工具，方便用戶更快地完成實時仿真。

02應用指南

今天給大家介紹AC-DC-MMC五電平的實時仿真。

▍模型搭建

離線模型

MMC的每一相上下橋臂，均由四個結(jié)構(gòu)相同的子模塊與一個數(shù)值相同的電抗器串聯(lián)而成，每一個子模塊中都是一個半橋并聯(lián)一個電容。

交流測為工頻1000V三相電壓，負載輸出為100Ω的電阻，控制采用外環(huán)電壓環(huán)、內(nèi)環(huán)電流環(huán)的雙閉環(huán)控制。同時，采用其于載波移相調(diào)制的電容電壓平衡控制，使穩(wěn)態(tài)和動態(tài)下均能有效地保證電容電壓平衡。

電壓參考值給定為4000V，在0.05秒時啟動脈沖，運行離線模型觀察波形。

如視頻所示，直流側(cè)輸出穩(wěn)定在4000V，上下橋臂的五電平波形，輸出側(cè)的有功無功，C相子模塊的電容分壓波形及其他波形。

實時模型

在實時化模型搭建時，將主拓撲部分部署在FPGA中，將控制算法部分放置在CPU中，將脈沖生成部分放置在另一塊FPGA中。最后，通過外部的物理I0實際連接，使兩塊FPGA進行交互，并通過CPU進行閉環(huán)控制。

實時模型的整體架構(gòu)如圖所示：

將控制部分復制進CPU中，原模型中的控制不變。將脈沖生成部分轉(zhuǎn)換成占空比下傳至FPGA，生成的占空比信號進入FPGA后，通過PWM生成模塊進行高頻的脈沖生成，該模塊可以設置載波的初始相位、頻率、死區(qū)等，同一橋臂上每一個子模塊載波依次移相90度。

在解算器中，選擇No Solver模式，F(xiàn)PGA Type選擇6300，卡槽選擇第二個槽。將主拓撲部分移植到另一塊FPGA中，在解算器中選擇電力電子模式，F(xiàn)PGA Type選擇6500，卡槽選擇第三個槽。用FromGoto模塊傳遞電壓電流信號，通過FPGA Outport進入CPU中運算，并通過DI模塊將外部實際物理脈沖采集，輸入到拓撲中進行閉環(huán)控制。

在頂層通用界面中，可以通過Ul Control進行人機交互，如設置直流電壓參考值和使能信號，還可以設置Scope模塊。

▍實時仿真

在實時模型搭建好后，打開EasyGo DeskSim軟件。

點擊"載入"按鈕，找到實時模型的文件路徑并點擊，軟件便開始自動解析模型信息。在軟件下方可以看到模型的相關(guān)信息，如拓撲的最小仿真步長，關(guān)鍵元件數(shù)即仿真規(guī)模等，包括脈沖的詳細信息、載波頻率、初始相位、死區(qū)等。

設置CPU的仿真步長后，可通過Build按鈕將控制算法進行一鍵編譯，顯示綠色圖標代表編譯成功。進入用戶交互界面，搭建自定義監(jiān)控界面，調(diào)整Gs值，使仿真效果更好。視頻中Gs值已經(jīng)調(diào)試過，所以直接輸入。進行網(wǎng)絡通訊配置，輸入仿真機的IP地址。

啟動實時仿真，啟動脈沖，可以觀察到仿真波形與離線一致。修改直流電壓參考值，仿真波形跟隨變化。