研究背景

随着经济的快速发展和工业生产规模的不断扩大，人们对能源的需求量也在不断增长，传统的两电平电压源型逆变器已经不能满足人们对高压、大功率的需求，因此越来越多的研发人员逐渐对多电平逆变器技术进行深入研究和应用。多电平逆变器作为一种新型的高压大功率逆变器，具有传输功率大、系统效率高、波形质量好等优点，是当前电网应用技术中的研究热点。但由于多电平逆变器拓扑结构复杂、电压等级较高，采用实物硬件平台对其进行研究测试存在成本昂贵、调试复杂、危险系数高、效率低等问题。因此，为了提高科研实验测试的效率以及精确的研究多电平逆变器运行特性，利用硬件在环实时仿真技术对多电平逆变器系统进行测试已成为当前一种热门的验证方式。

StarSim半实物仿真方案

应用挑战

■ 需要具备超强的CPU性能以及超高的FPGA计算精度；

■ 需要支持多台实时仿真器光纤级联并行仿真；

■ 需要具备丰富的AIO和DIO接口；

■ 需要支持工业常用的Modbus、can、RS-485等多种通信方式。

解决方案

多电平逆变系统通常拓扑结构复杂，不仅含有较多高速动作的开关器件，还包括一些电力系统元件，实现如此等级规模的实时仿真具有一定挑战。上海远宽能源科技有限公司（www.modeling-tech.com）提供的StarSim实时仿真器，采用基于单个开关器件进行建模的方式，能够实现1μs以下的仿真步长高速、精准和稳定地模拟多电平逆变器的运行特性。同时，StarSim支持多台实时仿真器光纤级联并行仿真，完美解决多电平逆变器系统规模大、模拟量和数字量接口数量需求较多等问题，已广泛应用于链式SVG、高压变频器、电能路由器、MMC等多电平系统实验测试。

多电平系统实时仿真整体框架

方案亮点

■ 多电平系统模型以us级步长运行在FPGA上，可精确模拟多电平逆变器运行特性；

■ 支持CPU与FPGA联合并行仿真，实现单台仿真器大规模系统实时仿真；

■ 支持多台实时仿真器光纤级联并行仿真，实现超大规模系统实时仿真；

■ 低延迟、高精度信号传输，保证多电平逆变器控制器测试结果正确。