基于FPGA 的諧波電壓源離散域建模與仿真

3 仿真結果

利用Matlab /Simulink 軟件和VHS-ADC 仿真平臺，建立完整的諧波電壓源仿真模型。仿真參數(shù):輸入電壓為Uu = Uv = Uw = 220 V;濾波電感L = 0. 05 mH，濾波電容C = 100 μF。電壓環(huán)PI 參數(shù):比例系數(shù)Kp = 13，Ki = 0. 4;電流環(huán)PI 參數(shù)：比例系數(shù)Kp = 15，Ki = 0. 2，負載R = 30 Ω;采樣時間為100 ns，單相額定輸出功率為3 kVA。

穩(wěn)態(tài)下，諧波電壓源輸出的單相基波波形如圖7 所示。因為三相不可控整流提供的直流電壓需要約0. 01 s 才能達到穩(wěn)定，所以諧波電壓源輸出波形在0. 01 s 之前是逐漸增大的，當直流電壓穩(wěn)定后，仿真波形幾乎與期望波形重合。

為了驗證裝置的諧波合成能力，將30 V 4 次諧波疊加到100 V 基波上，如圖8 所示。疊加后的波形在0. 01 s 前逐漸增大，在0. 01 s 后幾乎與期望波形重疊;將所得波形進行傅里葉分析，4 次諧波含量為基波的30%，其頻譜分析圖如圖9 所示。

圖7 基波輸出波形與期望波形的對比。

圖8 疊加信號輸出波形與期望波形的對比。

圖9 疊加波形的頻譜圖。

表1 為輸出波形為單次諧波時，總諧波畸變率(THD)的大小。仿真結果表明，諧波電壓源輸出21 次內的單次諧波時，其THD 不會超過1%。

上述仿真結果說明了諧波電壓源輸出波形具有很高的精度，同時也驗證了諧波電壓源離散域模型的正確性。

表1 諧波電壓源輸出單次諧波時的畸變率。

4 結語

分析了諧波電壓源的主電路模型，探討了基于濾波電容電流和負載電壓瞬時值的雙閉環(huán)PI控制策略，利用VHS-ADC 數(shù)字信號處理系統(tǒng)采樣率高、實時性強、建模靈活等特點，構建離散域實時仿真控制模型。仿真結果表明，該設計方法和離散化模型是正確的，說明了基于FPGA 進行諧波電壓源研究的可行性。