CN111797501A - 一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法 - Google Patents

一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法 Download PDF

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CN111797501A CN202010495211.2A CN202010495211A CN111797501A CN 111797501 A CN111797501 A CN 111797501A CN 202010495211 A CN202010495211 A CN 202010495211A CN 111797501 A CN111797501 A CN 111797501A
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Abstract

本发明公开了一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法，该方法包括：针对IGBT开通与关断过程，采用二次函数拟合IGBT开关动作过程的外特性曲线；采用MATLAB/simulink的查找表模块构建单个IGBT开关模型，利用有限状态机构建三相逆变器IGBT开关桥臂的计算模型，并根据控制脉冲计算输出相电压；将所建立的模型导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型。本发明具有建模精度高、在线计算量小、状态转换与控制逻辑清晰等特点，且可将所建模型直接移植到FPGA硬件上，实现低成本、快捷地构建三相逆变器实时仿真系统。

Description

一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法
技术领域
本发明涉及三相逆变器实时仿真模型建模技术领域，特别涉及一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法。
背景技术
逆变器是一种利用电力电子器件的开通和关断将直流电变为交流电的装置，广泛应用于光伏发电、交流传动等领域。逆变器根据其输出电压波形的电平数分为两电平、三电平及多电平；按输出电压的相数分为单相逆变器、三相逆变器及多相逆变器。两电平三相逆变器包含三个桥臂，每个桥臂包括一个上IGBT开关和一个下IGBT开关，每个IGBT开关反向并联一个续流二极管。在逆变器控制系统的开发过程中，实验与测试是必不可少的过程，构建实物逆变器实验系统进行控制器开发及测试，存在风险大、成本高、开发周期长等缺点。而建立逆变器实时仿真模型，并搭建半实物仿真平台，可以有效缩短开发周期、提高效率，并且与构建实物实验系统相比具有显著的经济性。
目前，主要存在两种逆变器建模方法。
其一是采用Matlab/simulink工具箱SimPowerSystem中自带模块来建立逆变器仿真模型，存在计算复杂、计算速度慢等缺点，常常用于离线仿真，难以满足实时仿真的要求。
二是建立IGBT开关模型，分析逆变器的工作特性，基于IGBT开关模型采用Matlab/Simulink模块按照模型计算方法搭建逆变器仿真，这将导致模型的在线计算量较大、仿真速度慢，且所建立模型难以直接移植到硬件平台上。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种建模精度高、实时计算量小、状态转换与逻辑控制清晰，且模型可导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型的建模方法，技术方案包括以下步骤：
A1、采用二次函数拟合IGBT开关动作过程的外特性曲线；
A2、采用Matlab/simulink查找表模块构建单个IGBT开关模型；
A3、采用有限状态机构建三相逆变器IGBT开关桥臂的计算模型；
A4、根据控制脉冲计算逆变器输出的相电压；
A5、将模型导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型。
本发明的技术效果在于：本发明提供了一种三相逆变器实时仿真模型建模方法，通过采用二次函数拟合IGBT开关动作过程的外特性曲线建立IGBT行为模型，采用matlab／simulink的查找表模块以及有限状态机构建单个IGBT开关模型，基于单个IGBT开关模型构建三相逆变器各桥臂的计算模型，并根据控制脉冲计算逆变器输出的相电压。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以依据这些附图获得其他的附图。
附图说明
图1为本发明中两电平三相逆变器拓扑结构图。
图2为本发明中三相逆变器实时仿真模型建模流程图。
图3为本发明中 IGBT开关等效电路图。
图4 为本发明中IGBT开关开通过程特性曲线图。
图5 为本发明中IGBT开关关断过程特性曲线图。
图6 为本发明中三相逆变器matlab仿真建模结构示意图。
图7 为本发明中三相逆变器IGBT开关状态机计算模型图。
图8 为本发明中状态机模型封装图。
图9 为本发明中IGBT动作外特性查找表模型图。
图10 为本发明中查找表封装图。
图11 为本发明中三相逆变器相电压计算模型图。
图12 为本发明中IGBT开关模型封装图。
图13 为本发明中IGBT开关开通过程仿真效果图。
图14 为本发明中IGBT开关关断过程仿真效果图。
图15 为本发明中三相逆变器输出三相电压仿真波形图。
图16 为本发明中三相逆变器输出单相电压仿真波形图。
图17 为本发明中三相逆变器输出单相电压波形谐波分析图。
图18 为Matlab自带的三相逆变器输出单相电压波形对比分析图。
图19 为Matlab自带的三相逆变器输出单相电压波形谐波对比分析图。
图20 为本发明中IGBT模型导入到FPGA中的时序仿真效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法，通过分析三相逆变器开关器件的开通和关断特性建立开关器件行为模型，通过状态机建立逆变器开关器件的开关状态转换过程模型，并通过查找表来输出开关器件在状态转换过程中各阶段的电压值，最后根据逆变器各相桥臂IGBT开关的计算结果输出各相电压。
三相逆变器其拓扑结构如图１所示，逆变器包括三个桥臂，每个桥臂由两个带反并 联二极管的IGBT模块构成，二极管起到续流的作用。当V1开通时，输出电压
Figure 437139DEST_PATH_IMAGE002
， 输出电流
Figure 280330DEST_PATH_IMAGE004
。当某一时刻在V1施加关断信号时，输出电流
Figure 24DEST_PATH_IMAGE006
， 电流由V1换流至与V2并联的二极管Vd2续流，以保证输出负载电流不发生突变。当V2开通 时，输出电压
Figure 44204DEST_PATH_IMAGE008
，输出电流
Figure 114928DEST_PATH_IMAGE010
。当某一时刻在V2施加关断信号 时，输出电流
Figure 27389DEST_PATH_IMAGE012
，电流由V2换流至与V1并联的二极管Vd1续流，以保证 输出负载电流不发生突变。
计算过程涉及变量及符号说明
IC：集电极电流；IC0：负载电流；
Irr：二极管反向恢复峰值电流；il：逆变器输出线电流；
iu：逆变器U相输出电流；if：二极管电流；
ice(v1)：流过V1电流；ic：IGBT集电极电流；
Ud：直流侧电压；vge(t)：栅极-发射极电压；
vge(th)：栅极开通电压；vce0：直流侧电压；
vce(t)：栅极-发射极电压；vces：IGBT通态管压降；
vtp：拖尾电压；Uin′：逆变器输出i相相电压；
U：电压；IGBT：绝缘栅双极晶体管；
下标UVW：输出UVW三相；下标on：开通；
下标off：关断；ip：线路杂散电感；
Cge：栅极-发射极极间寄生电容；Cgc：栅极-集电极极间寄生电容；
Cies：输入电容；Cce：集电极-发射极极间寄生电容；
ki：比例系数；tr(on)：电流上升时间；
trr2：负载电流下降时间；tf(ot)：电压下降时间；
td(off)：关断延时；tr(off)：电压上升时间；
tf1(off)：电流下降时间；tf2(off)：电流拖尾时间；
T：时间；Ts：仿真步长。
本发明还提供了三相逆变器实时仿真模型建模流程图及三相逆变器仿真建模结构示意图，如图2到图6所示，具体包括以下具体步骤：
A1.采用二次函数拟合IGBT动作过程的外特性曲线，建立IGBT开关模型，具体步骤：
（1）IGBT开关开通过程建模
开通延时阶段（
Figure 85420DEST_PATH_IMAGE074
）：在
Figure 292411DEST_PATH_IMAGE076
时刻在栅极施加正向电压，IGBT 的输入电容
Figure 140281DEST_PATH_IMAGE078
开始充电，栅极-发射极电压
Figure 924566DEST_PATH_IMAGE080
开始上升，在
Figure 883295DEST_PATH_IMAGE082
时刻电压上 升至IGBT开通电压
Figure 679213DEST_PATH_IMAGE084
。IGBT集电极－发射极电压按下式计算：
Figure 822618DEST_PATH_IMAGE086
（1）
输入电容
Figure 969566DEST_PATH_IMAGE088
，式中
Figure 731985DEST_PATH_IMAGE090
表示IGBT栅极－发射极极间寄生电容，
Figure 647989DEST_PATH_IMAGE092
表 示栅极－集电极极间寄生电容，如图3所示。
电流上升阶段(
Figure 696716DEST_PATH_IMAGE094
)：在此过程中
Figure 330960DEST_PATH_IMAGE096
，IGBT集 电极电流
Figure 897070DEST_PATH_IMAGE098
开始上升，栅极电流继续为输入电容充电，而寄生电感
Figure 667580DEST_PATH_IMAGE100
导致集电极-发射极 电压
Figure 884279DEST_PATH_IMAGE102
产生微小压降。在
Figure 740240DEST_PATH_IMAGE104
时刻，电流
Figure 110041DEST_PATH_IMAGE098
上升至负载电流
Figure 637DEST_PATH_IMAGE106
，
Figure 532112DEST_PATH_IMAGE102
由
Figure 734424DEST_PATH_IMAGE108
下降至
Figure 642337DEST_PATH_IMAGE110
，IGBT集电极－发射极电压按下式计算：
Figure 387439DEST_PATH_IMAGE112
（2）
其中，模型参数计算式为：
Figure 89816DEST_PATH_IMAGE114
（3）
Figure 779423DEST_PATH_IMAGE116
（4）
式中，
Figure 225448DEST_PATH_IMAGE118
，
Figure 356215DEST_PATH_IMAGE100
表示杂散电感，
Figure 229493DEST_PATH_IMAGE119
表示负载电压值，
Figure 406396DEST_PATH_IMAGE120
表示直流侧电压。
反向恢复阶段（
Figure 390533DEST_PATH_IMAGE122
）：此阶段为续流二极管反向恢复过程， IGBT开通过程是IGBT与续流二极管换流的过程。当
Figure 375807DEST_PATH_IMAGE124
时，二极管电流 由0增加到反向峰值电流
Figure 419986DEST_PATH_IMAGE126
，而负载电流
Figure 84185DEST_PATH_IMAGE128
，因此负载电流会产生超调量。 IGBT集电极－发射极电压保持不变，按下式计算：
Figure 606434DEST_PATH_IMAGE130
（5）
在
Figure 180634DEST_PATH_IMAGE132
时刻负载电流达到峰值。
在
Figure 661294DEST_PATH_IMAGE134
当负载电流达到峰值后开始呈指数下降，并在
Figure 78369DEST_PATH_IMAGE136
时刻下降到负载电流
Figure 404308DEST_PATH_IMAGE138
。电压
Figure 833016DEST_PATH_IMAGE140
由
Figure 484577DEST_PATH_IMAGE142
下降至拖尾电压，
Figure 123369DEST_PATH_IMAGE140
计算式为：
Figure 252999DEST_PATH_IMAGE144
（6）
模型参数
Figure 801792DEST_PATH_IMAGE146
计算式为：
Figure 624254DEST_PATH_IMAGE148
（7）
式中，
Figure 484763DEST_PATH_IMAGE150
表示拖尾电压，
Figure 418084DEST_PATH_IMAGE152
。
在
Figure 821383DEST_PATH_IMAGE154
过程种，因为集电-发射极电压
Figure 814747DEST_PATH_IMAGE155
的减小导致 IGBT米勒电容迅速增大，使得该阶段
Figure 165481DEST_PATH_IMAGE155
下降速率降低。
Figure 902493DEST_PATH_IMAGE157
时刻，
Figure 160299DEST_PATH_IMAGE155
下降至IGBT通态压降。
Figure 324564DEST_PATH_IMAGE155
电压的计算式为：
Figure 300611DEST_PATH_IMAGE159
（8）
模型参数
Figure DEST_PATH_IMAGE161
计算式为：
Figure 169209DEST_PATH_IMAGE163
（9）
式
Figure 874997DEST_PATH_IMAGE165
表示IGBT通态管压降，
Figure 944584DEST_PATH_IMAGE167
Figure 407927DEST_PATH_IMAGE169
时，IGBT由有源区进入饱和区，栅极电压达到栅极施加的正向 电压，IGBT完全开通。
（2）IGBT开关关断过程建模；
IGBT开关的关断过程是开通过程的逆过程，采用与开通过程相同的建模方法搭建关断时IGBT行为模型，模型的计算式为：
Figure 611375DEST_PATH_IMAGE171
（10）
式中，模型参数计算式为：
Figure 312615DEST_PATH_IMAGE173
其中，
Figure 818683DEST_PATH_IMAGE175
为直流母线电压，
Figure 628376DEST_PATH_IMAGE138
表示负载电流，
Figure 979722DEST_PATH_IMAGE177
表示拖尾电压值，
Figure DEST_PATH_IMAGE179
为IGBT 开通时的通态压降。线路存在的寄生电感
Figure DEST_PATH_IMAGE181
在电流上升时将导致集电极-发射极电压
Figure DEST_PATH_IMAGE183
产生微小压降
Figure DEST_PATH_IMAGE185
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE187
，利用上述模型即可计算出 逆变器单个IGBT开关开通与关断过程的电压特性曲线。
图4、图5分别为按上述过程计算出的IGBT开关开通与关断过程外特性曲线图。
A2、采用Matlab/simulink查找表模块构建单个IGBT开关模型；
将计算出的IGBT开关开通与关断过程特性曲线按仿真步长依次存放在查找表中，其中第1到第N为存放开通过程电压特性曲线，第N+1到第N+M为存放关断过程电压特性曲线，其中N、M计算式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE189
Figure DEST_PATH_IMAGE191
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE193
；
Figure DEST_PATH_IMAGE195
表示仿真步长。
A3、采用有限状态机构建三相逆变器IGBT开关桥臂的计算模型；
在有限状态机中设计两个状态state1开通状态、state2关断状态，分别表示三相逆变器单个IGBT开关的开通和关断，PWM脉冲控制信号作为状态机转换控制信号。当PWM等于1时，激活state1状态，触发计数器A从1计数至N，并之后持续输出N值，直至PWM等于0时停止输出；当PWM信号等于０时，激活state1状态，触发计数器B从N＋1计数至N＋M，之后并持续输出N＋M值，直至PWM信号等于0时停止输出。计数器输出值作为查找表模块的输入值。
三相逆变器运行时每相桥臂的上下IGBT开关交替开通，PWM信号控制IGBT的开通与关断。用PWM=0表示关断信号，PWM =1表示开通信号，三相逆变器每相桥臂上下IGBT开关共有{10，01，00，11}四种工作状态，“00”表示上下桥臂IGBT全部关断，桥臂停止工作；“11”状态表示上下桥臂直通，是不允许的工作状态。对每相桥臂上下IGBT开关各设计一个状态机及查找表，对两个查找表的输出结果求和得到三相逆变器单相输出电压。
A4、根据控制脉冲计算逆变器输出的相电压；
三相逆变器拓扑图如图1所示，上述建立了IGBT开关行为模型，按式（15）（16）可分别计算出三相逆变器每相上下IGBT开关开通时电压：
Figure DEST_PATH_IMAGE197
（14）
Figure DEST_PATH_IMAGE199
（15）
根据基尔霍夫电压定律可以计算出负载线电压
Figure DEST_PATH_IMAGE201
，由 相电压
Figure DEST_PATH_IMAGE203
，联立两式计算可求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE205
（16）
由于三相逆变器输出三相电压对称，所以
Figure DEST_PATH_IMAGE207
三相逆变器相电压可通过下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE209
将式（14）式（15）带入公式（18）即可计算出三相逆变器相电压
Figure DEST_PATH_IMAGE211
。
A5、将模型导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型；
状态转换控制模块，单个IGBT开关共有{1，0}两种工作状态，“1”表示IGBT开通，“0”表示IGBT关断。在有限状态机中设置两个状态：IGBT开关开通状态和IGBT开关关断状态，PWM脉冲信号控制状态机状态转换。当PWM信号出现上升沿时，状态机进入IGBT开关开通状态，激活IGBT开关开通模型开始计算。当PWM信号出现下降沿时，状态机进入IGBT开关关断状态，激活IGBT开关关断模型开始计算。
模型参数计算模块，用于计算所构建的IGBT开关模型参数
Figure DEST_PATH_IMAGE213
、
Figure DEST_PATH_IMAGE215
，参数计算采用 并行计算且不受时序约束，输出值随输入参数的变化而变化，参数模块计算结果输入到 IGBT开关开通与关断模型计算式中。
IGBT开通关断模型时序控制流程，权利要求3中所建立的IGBT开关模型，其开通过 程分为5个阶段。将开通过程设计为具有5种状态转换的状态机，每个状态控制一个IGBT开 关开通模型计算式，开通模型被激活后状态机由1至5按顺序执行。变量t处于区间1（
Figure DEST_PATH_IMAGE217
）时，状态机进入状态1，计算开通过程中阶段1的模型。变量t处于区间2 （[
Figure DEST_PATH_IMAGE219
] ）时，状态机进入状态2，计算开通过程中阶段2的模型。以此类推，根据变 量t所处的区间依次进入不同的状态，并计算对应阶段的开通模型计算式。当进入状态5时， 持续输出状态5的计算结果，直至关断模型激活后停止输出。IGBT开关关断过程分为4个阶 段，设计为具有4种状态转换的状态机，其时序控制流程与开通模型控制流程相同。逆变器 中各IGBT开关开通关断模型的计算具有并行性，模型的激活取决于上述状态机的输出。
构建三相逆变器IGBT桥臂的计算模型，采用两个IGBT开关模型构建三相逆变器桥臂输出电压的计算模型，各桥臂上下IGBT模块独立、并行计算，将各桥臂计算出的结果作为逆变器的各相输出电压。
为了验证本发明方法的可行性及有效性，对所构建的三相逆变器模型进行了仿真实验，实验结果如图13到图20所示。图13、图14为按上述步骤计算出的IGBT开关开通与关断过程外特性曲线图。图15为按本发明所述方法建立的三相逆变器模型输出三相电压波形图，图16为图15中三相逆变器输出单相电压波形图，图17为图16中单相输出电压波形的谐波分析图。在相同PWM指令的控制下，用Matlab自带的三相逆变器模型作为对比进行仿真分析，图18、图19分别给出了三相逆变器单相电压波形图及其谐波分析图。对比分析可知，采用本发明构建的三相逆变器模型与Matlab自带的三相逆变器模型具有相似的电压输出特性，且输出电压的谐波更小。图20为将本发明所构建的IGBT开关模型直接导入到FPGA中的时序仿真效果图，由图可知，按本发明建模方法所构建的模型可以直接导入到FPGA中，且计算的复杂度完全满足实时仿真的要求
上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也可以上述具体实施方式的进行组合，这些改进、润饰及组合形成的技术方案也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于，所述三相逆变器由直流侧、逆变桥、输出侧三部分组成，直流侧由直流电源并联稳压电容组成；逆变桥部分由三个桥臂并联组成，三相逆变器第一桥臂上桥臂IGBT（V1）集电极连接至直流侧电源正极，发射极连接下桥臂IGBT（V2）的集电极，（V2）发射极连接直流侧电源负极；续流二极管（Vd1）阴极连接IGBT（V1）的集电极，阳极连接IGBT（V1）发射极；续流二极管（Vd2）阳极连接IGBT（V2）的集电极，（Vd2）阴极连接IGBT（V2）的发射极，上下桥臂公共连接端为输出相（U）；第二桥臂上桥臂IGBT（V3）集电极连接至直流侧电源正极，发射极连接下桥臂IGBT（V4）的集电极，（V4）发射极连接直流侧电源负极；续流二极管（Vd3）阴极连接IGBT（V3）的集电极，阳极连接IGBT（V3）发射极；续流二极管（Vd4）阳极连接IGBT（V4）的集电极，（Vd4）阴极连接IGBT（V4）的发射极，上下桥臂公共连接端为输出相（V）；第三桥臂上桥臂IGBT（V5）集电极连接至直流侧电源正极，发射极连接下桥臂IGBT（V6）的集电极，（V6）发射极连接直流侧电源负极；续流二极管（Vd5）阴极连接IGBT（V5）的集电极，阳极连接IGBT（V5）发射极；续流二极管（Vd6）阳极连接IGBT（V6）的集电极，（Vd6）阴极连接IGBT（V6）的发射极；上下桥臂公共连接端为输出相（W）；
A11. 输出侧为三相LC滤波器，三相逆变器第一桥臂输出相U串联第一电感L1，第二桥臂输出相V串联第二电感L2，第三桥臂输出相W串联第三电感L3，L1、L2、L3输出端分别连接电容C1、C2、C3三个电容并连接至负载，C1、C2、C3三个电容的另一端子连接在一起；
A12. IGBT等效电路可以由极间寄生电容、受控电流源及线路杂散电感组成，将栅极-发射极寄生电容Cge设置为一个常数，栅极-集电极寄生容电容Cgc、集电极-发射极间寄生电容Cce是一个随集电极-发射极电压Vce 变化而变化的变量，受控电流源Imos表示IGBT输出电流外特性。
2.一种三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1、采用二次函数拟合IGBT开关动作过程的外特性曲线；
A2、采用Matlab/simulink查找表模块构建单个IGBT开关模型；
A3、采用有限状态机构建三相逆变器IGBT开关桥臂的计算模型；
A4、根据控制脉冲计算逆变器输出的相电压；
A5、将模型导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型。
3.依据权利要求2所述的三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于所述的步骤A1中采用二次函数拟合IGBT开关动作过程的外特性曲线的具体步骤为：
A31 、IGBT开关开通过程建模：
开通延时阶段：（
Figure 983542DEST_PATH_IMAGE002
）：在
Figure 102807DEST_PATH_IMAGE004
时刻在栅极施加正向电压，IGBT的输入电容
Figure 761322DEST_PATH_IMAGE006
开始充电，栅极-发射极电压
Figure 598828DEST_PATH_IMAGE007
开始上升，在
Figure 305884DEST_PATH_IMAGE009
时刻电压上升至IGBT开通电压
Figure 279656DEST_PATH_IMAGE011
，IGBT集电极－发射极电压按下式计算：
Figure 846422DEST_PATH_IMAGE012
(1)
输入电容
Figure 171224DEST_PATH_IMAGE013
，式中
Figure 478709DEST_PATH_IMAGE015
表示IGBT栅极－发射极极间寄生电容，
Figure 775829DEST_PATH_IMAGE017
表示栅极－集电极极间寄生电容；
电流上升阶段：（
Figure 307305DEST_PATH_IMAGE018
）：在此过程中
Figure 57086DEST_PATH_IMAGE020
，IGBT集电极电流
Figure 902682DEST_PATH_IMAGE022
开始上升，栅极电流继续为输入电容充电，而寄生电感
Figure 851047DEST_PATH_IMAGE024
导致集电极-发射极电压
Figure 19335DEST_PATH_IMAGE025
产生微小压降，在
Figure 53150DEST_PATH_IMAGE026
时刻，电流
Figure 702438DEST_PATH_IMAGE028
上升至负载电流
Figure 974150DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 50691DEST_PATH_IMAGE031
由
Figure 306222DEST_PATH_IMAGE032
下降至
Figure 759201DEST_PATH_IMAGE034
，IGBT集电极－发射极电压按下式计算：
Figure 696806DEST_PATH_IMAGE035
（2）
其中，模型参数计算式为：
Figure 209827DEST_PATH_IMAGE037
（3）
Figure 952655DEST_PATH_IMAGE038
（4）
式中，
Figure 943744DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 721208DEST_PATH_IMAGE042
表示杂散电感，
Figure 342813DEST_PATH_IMAGE044
表示负载电压值，
Figure 838516DEST_PATH_IMAGE045
表示直流侧电压；
反向恢复阶段：（
Figure 367718DEST_PATH_IMAGE047
）：此阶段为续流二极管反向恢复过程，IGBT开通过程是IGBT与续流二极管换流的过程，当
Figure 262337DEST_PATH_IMAGE049
时，二极管电流由0增加到反向峰值电流
Figure 648319DEST_PATH_IMAGE051
，而负载电流
Figure 365739DEST_PATH_IMAGE052
，因此负载电流会产生超调量，IGBT集电极－发射极电压保持不变，按下式计算：
Figure 698632DEST_PATH_IMAGE053
（5）
在
Figure 450687DEST_PATH_IMAGE055
时刻负载电流达到峰值；
在
Figure 210832DEST_PATH_IMAGE057
过程中，当负载电流达到峰值后开始呈指数下降，并在
Figure 415549DEST_PATH_IMAGE058
时刻下降到负载电流
Figure 552132DEST_PATH_IMAGE060
，电压
Figure 161624DEST_PATH_IMAGE062
由
Figure 92671DEST_PATH_IMAGE064
下降至拖尾电压，
Figure 784683DEST_PATH_IMAGE066
计算式为：
Figure 928220DEST_PATH_IMAGE068
（6）
模型参数
Figure 186026DEST_PATH_IMAGE070
计算式为：
Figure 491236DEST_PATH_IMAGE071
（7）
式中，
Figure 467282DEST_PATH_IMAGE073
表示拖尾电压，
Figure 945668DEST_PATH_IMAGE075
；
在
Figure 258313DEST_PATH_IMAGE077
过程中，因为集电极-发射极电压
Figure 796742DEST_PATH_IMAGE079
的减小导致IGBT米勒电容迅速增大，使得该阶段
Figure 197768DEST_PATH_IMAGE081
下降速率降低，
Figure 479844DEST_PATH_IMAGE083
时刻，
Figure 649926DEST_PATH_IMAGE084
下降至IGBT通态压降，
Figure 359256DEST_PATH_IMAGE086
电压的计算式为：
Figure 247577DEST_PATH_IMAGE087
（8）
模型参数
Figure 67766DEST_PATH_IMAGE089
计算式为：
Figure 349144DEST_PATH_IMAGE090
（9）
式中，
Figure 229375DEST_PATH_IMAGE092
表示IGBT通态管压降，
Figure 604993DEST_PATH_IMAGE094
；
Figure 228872DEST_PATH_IMAGE096
时，IGBT由有源区进入饱和区，栅极电压达到栅极施加的正向电压，IGBT完全开通；
A32 、IGBT开关关断过程建模；
IGBT开关的关断过程是开通过程的逆过程，采用与开通过程相同的建模方法搭建关断时IGBT行为模型，所述模型的计算式为：
Figure 373546DEST_PATH_IMAGE097
（10）
式中，模型参数计算式为：
Figure 424678DEST_PATH_IMAGE099
（11）
其中，
Figure 287592DEST_PATH_IMAGE101
为直流母线电压，
Figure 652845DEST_PATH_IMAGE102
表示负载电流，
Figure 914675DEST_PATH_IMAGE104
表示拖尾电压值，
Figure 667867DEST_PATH_IMAGE105
为IGBT开通时的通态压降，线路存在的寄生电感
Figure 221340DEST_PATH_IMAGE107
在电流上升时将导致集电极-发射极电压
Figure 187021DEST_PATH_IMAGE080
产生微小压降
Figure 306287DEST_PATH_IMAGE109
，即
Figure 168064DEST_PATH_IMAGE111
，利用上述模型即可计算出单个IGBT开关开通与关断过程的电压特性曲线。
4.依据权利要求2所述的三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于，所述步骤A2采用Matlab/simulink查找表模块构建单个IGBT开关模型，具体步骤为：
将计算出的IGBT开关开通与关断过程特性曲线按仿真步长依次存放在查找表中，其中第1到第N位存放开通过程电压特性曲线，第N+1到第N+M位存放关断过程电压特性曲线，其中N、M计算式为：
Figure 739991DEST_PATH_IMAGE113
（12）
Figure 40522DEST_PATH_IMAGE115
（13）
式中：
Figure 486066DEST_PATH_IMAGE116
，
Figure 518744DEST_PATH_IMAGE118
，
Figure 46808DEST_PATH_IMAGE119
表示仿真步长。
5.依据权利要求2所述的三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于，所述步骤A3采用有限状态机构建三相逆变器IGBT开关桥臂的计算模型，具体步骤为：
A51.在有限状态机中设计两个状态：state1开通状态、state2关断状态，分别表示三相逆变器单个IGBT开关的开通和关断， PWM脉冲控制信号作为状态机转换控制信号，当PWM信号等于1时，激活state1状态，触发计数器A从1计数至N，并之后持续输出N值，直至PWM等于0时停止输出；当PWM等于0时，激活state2状态，触发计数器B从N+1计数至N+M，之后并持续输出N+M值，直至PWM信号等于0时停止输出，计数器输出值作为查找表模块的输入值；
A52.三相逆变器运行时每相桥臂的上下IGBT开关交替开通，PWM信号控制IGBT的开通与关断，用PWM=0表示关断信号，PWM =1表示开通信号，三相逆变器每相桥臂上下IGBT开关共有｛10,01,00,11｝四种工作状态，“00”表示上下桥臂IGBT全部关断，桥臂停止工作；“11”状态表示上下桥臂直通，是不允许的工作状态，对每相桥臂上下IGBT开关各设计一个状态机及查找表，对两个查找表的输出结果求和得到三相逆变器单相输出电压。
6.依据权利要求2所述的三相逆变器实时仿真模型的建模方法，其特征在于，所述步骤A5将模型导入到FPGA中构建三相逆变器实时仿真模型，具体步骤为：
A61.状态转换控制模块，单个IGBT开关共有{1，0}两种工作状态，“1”表示IGBT开通，“0”表示IGBT关断，在有限状态机中设置两个状态：IGBT开关开通状态和IGBT开关关断状态，PWM脉冲信号控制状态机状态转换，当PWM信号出现上升沿时，状态机进入IGBT开关开通状态，激活IGBT开关开通模型开始计算；当PWM信号出现下降沿时，状态机进入IGBT开关关断状态，激活IGBT开关关断模型开始计算；
A62.模型参数计算模块，用于计算所构建的IGBT开关模型参数
Figure 823134DEST_PATH_IMAGE121
、
Figure 916992DEST_PATH_IMAGE123
，参数计算采用并行计算且不受时序约束，输出值随输入参数的变化而变化，参数模块计算结果输入到IGBT开关开通与关断模型计算式中；
A63.IGBT开通关断模型时序控制流程，权利要求3中所建立的IGBT开关模型，其开通过程分为5个阶段，将开通过程设计为具有5种状态转换的状态机，每个状态控制一个IGBT开关开通模型计算式，开通模型被激活后状态机由1至5按顺序执行，变量t处于区间1（
Figure 117642DEST_PATH_IMAGE125
）时，状态机进入状态1，计算开通过程中阶段1的模型；变量t处于区间2（
Figure 929740DEST_PATH_IMAGE127
）时，状态机进入状态2，计算开通过程中阶段2的模型，以此类推，根据变量t所处的区间依次进入不同的状态，并计算对应阶段的开通模型计算式，当进入状态5时，持续输出状态5的计算结果，直至关断模型激活后停止输出；IGBT开关关断过程分为4个阶段，设计为具有4种状态转换的状态机，其时序控制流程与开通模型控制流程相同，逆变器中各IGBT开关开通关断模型的计算具有并行性，模型的激活取决于上述状态机的输出；
A64.构建三相逆变器IGBT桥臂的计算模型，采用两个IGBT开关模型构建三相逆变器桥臂输出电压的计算模型，各桥臂上下IGBT模块独立、并行计算，将各桥臂计算出的结果作为逆变器的各相输出电压。
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