什么是电力电子仿真?
电力变换需要对 IGBT、功率 MOSFET 和其他固态电力电子器件进行控制。通过仿真设计数字控制器有助于确保稳定性、提升电能质量、优化动态性能和处理故障情况。在开发的早期阶段、硬件测试开始之前，可通过电力电子器件仿真深入了解数字控制算法的交互、功率半导体以及电气系统的平衡。对于电池管理系统和基于电力电子的系统（例如电机驱动设备、电力变换器和逆变器），电力电子工程师可以使用快速闭环仿真，在实现控制器之前评估和验证其各个设计方案。
对于下列任务，应考虑电力电子仿真：
- 设计和确认全新的拓扑和控制策略
- 通过能源、功率半导体、无源电路器件和电机（例如，PMSM 和感应电机）的模型库优化系统行为
- 分析故障和异常情况的系统响应
- 在着手实现之前解决通过仿真发现的设计问题
- 重用模型以加快设计迭代以及新一代项目的进度
Boost 变换器数字控制的 Simulink 模型
在 Simulink® 中进行电力电子仿真时，您可以使用标准电路组件对具有多个开关器件的复杂拓扑进行建模。您可以采用平均值模型或理想开关行为运行快速仿真，也可以针对寄生参数和细节设计建立详细的非线性开关模型。与 SPICE 等通用电路仿真器不同，使用 Simulink 进行的电力电子仿真提供下列功能，可帮助您实现控制设计、优化研究和仿真模型的自动代码生成：
- 设计、仿真和比较控制器架构。
- 计算周期性稳态工作点以消除启动瞬态，加速仿真，并为频率响应估计提供准确的工作条件。
- 使用系统辨识方法拟合参数化模型，并应用经典控制设计技术，例如伯德图和根轨迹分析。
- 使用自动调节工具在单个或多个反馈回路中自动调节控制器增益。使用滑动模式控制或增益调度等技术设计非线性控制器。
- 设计并全面测试故障保护电路和逻辑。
- 使用优化和分析工具来优化系统参数并进行敏感性分析。
- 加快需要多个仿真的研究速度，方法是在多核处理器和计算集群上并行运行这些仿真。
- 生成控制算法的 C 或 HDL 代码，以使用实时目标计算机进行快速原型，或在微处理器或 FPGA 上进行实现。
- 针对具有多核 CPU 和 FPGA 的实时目标计算机生成电路和电机模型的 C 或 HDL 代码，以通过硬件在环确认控制器。
- 应用形式化验证功能以开发嵌入式软件，使其符合政府法规和标准，例如针对太阳能发电系统反孤岛等应用场景的 UL 1741。
示例和操作方法
客户案例
文章
软件参考
Power Electronics Simulation FAQs
Power electronics simulation models the interaction of digital control algorithms, power semiconductors, and electrical systems to help design controllers for systems like motor drives, power converters, and inverters before hardware testing begins.
You can design and validate new topologies and control strategies, optimize system behavior, analyze fault responses, eliminate design problems early, and reuse models to speed up design iterations and next-generation projects.
Unlike SPICE, Simulink provides capabilities for control design, optimization-based studies, and automatic code generation, allowing you to design controllers, autotune gains, and generate C or HDL code for implementation.
You can run fast simulations with average models or ideal switching behavior or use detailed nonlinear switching models that include device parasitics and are suited for detailed design of complex converter topologies with multiple switching devices.
Yes, you can generate C or HDL code from control algorithms for rapid prototyping or implementation on microcontrollers and FPGAs, and from circuit models for hardware-in-the-loop validation.
You can design and compare controller architectures, apply classical control techniques like loop shaping with Bode plots, autotune controller gains, design nonlinear controllers, and validate controller behavior under fault conditions.
You can use optimization and analysis tools to tune system parameters, conduct sensitivity and trade-off studies, and accelerate design exploration by running multiple simulations in parallel on multicore processors and computing clusters.
You can model energy sources, power semiconductors like IGBTs and MOSFETs, passive circuit elements, and machines such as PMSM and induction motors using standard circuit components and model libraries.
另请参阅: 物理建模, MPPT 算法, Simscape Electrical, PID 控制, 使用 Simulink 进行电力电子控制设计, BLDC 电机控制, 电池管理系统 (BMS), 功率因素修正, 电池荷电状态, dual active bridge
