基于FPGA 的谐波电压源离散域建模与仿真

3 仿真结果

利用Matlab /Simulink 软件和VHS-ADC 仿真平台，建立完整的谐波电压源仿真模型。仿真参数:输入电压为Uu = Uv = Uw = 220 V;滤波电感L = 0. 05 mH，滤波电容C = 100 μF。电压环PI 参数:比例系数Kp = 13，Ki = 0. 4;电流环PI 参数：比例系数Kp = 15，Ki = 0. 2，负载R = 30 Ω;采样时间为100 ns，单相额定输出功率为3 kVA。

稳态下，谐波电压源输出的单相基波波形如图7 所示。因为三相不可控整流提供的直流电压需要约0. 01 s 才能达到稳定，所以谐波电压源输出波形在0. 01 s 之前是逐渐增大的，当直流电压稳定后，仿真波形几乎与期望波形重合。

为了验证装置的谐波合成能力，将30 V 4 次谐波叠加到100 V 基波上，如图8 所示。叠加后的波形在0. 01 s 前逐渐增大，在0. 01 s 后几乎与期望波形重叠;将所得波形进行傅里叶分析，4 次谐波含量为基波的30%，其频谱分析图如图9 所示。

图7 基波输出波形与期望波形的对比。

图8 叠加信号输出波形与期望波形的对比。

图9 叠加波形的频谱图。

表1 为输出波形为单次谐波时，总谐波畸变率(THD)的大小。仿真结果表明，谐波电压源输出21 次内的单次谐波时，其THD 不会超过1%。

上述仿真结果说明了谐波电压源输出波形具有很高的精度，同时也验证了谐波电压源离散域模型的正确性。

表1 谐波电压源输出单次谐波时的畸变率。

4 结语

分析了谐波电压源的主电路模型，探讨了基于滤波电容电流和负载电压瞬时值的双闭环PI控制策略，利用VHS-ADC 数字信号处理系统采样率高、实时性强、建模灵活等特点，构建离散域实时仿真控制模型。仿真结果表明，该设计方法和离散化模型是正确的，说明了基于FPGA 进行谐波电压源研究的可行性。