전력 전자 시뮬레이션이란?

전력 전환에는 IGBT 제어, 전력 MOSFET, 기타 고체 전력 전자기기가 필요합니다. 시뮬레이션을 통해 디지털 제어기를 설계하면 안정성을 보장하고 전력 품질을 개선하며, 동적 성능을 최적화하고 고장 조건을 처리하는 데 도움이 됩니다. 전력 전자 시뮬레이션을 하면 디지털 제어 알고리즘과 전력 반도체의 상호작용, 전기 시스템의 균형 등에 대한 통찰을 하드웨어 테스팅을 시작하기 전, 개발 초기에 얻을 수 있습니다. 배터리 관리 시스템 및 모터 드라이브, 전력 컨버터, 인버터와 같은 전력 전자 기반 시스템을 빠르게 폐루프 시뮬레이션하면 전력 전자 엔지니어는 제어기를 구현하기 전에, 자신이 선택한 설계를 평가하고 검증할 수 있게 됩니다.

다음과 같은 과제에는 전력 전자 시뮬레이션을 고려해야 합니다.

• 새로운 토폴로지와 제어 전략을 설계하고 검증
• 에너지 소스, 전력 반도체, 패시브 회로 소자, PMSM 및 유도 모터 등 머신의 모델 라이브러리를 이용하여 시스템 거동을 최적화
• 결함 및 비정상적 조건에 대한 시스템 응답을 분석
• 구현을 진행하기 전에 시뮬레이션을 통해 발견한 설계 문제 해결
• 모델을 재사용하여 설계 반복과 차세대 프로젝트를 가속화

Simulink^®를 이용하여 전력 전자 시뮬레이션을 하면, 표준 회로 구성요소를 이용하여 다수의 스위치 장치가 있는 복잡한 토폴로지를 모델링할 수 있습니다. 평균 모델 또는 이상적인 스위칭 거동을 적용하여 빠르게 시뮬레이션을 실행하거나 기생 및 상세 설계를 위해 상세한 비선형 스위칭 모델을 사용할 수 있습니다. SPICE와 같은 범용 회로 시뮬레이터와는 달리, Simulink를 이용한 전력 전자 시뮬레이션은 제어 설계, 최적화 기반 연구, 시뮬레이션 모델로부터의 자동 코드 생성에 관한 다음과 같은 능력이 있습니다.

• 제어기 아키텍처를 설계하고 시뮬레이션하며 비교합니다.
• AC 주파수 스위핑 또는 시스템 식별과 같은 방법을 이용하여, 스위칭 효과가 포함된 비선형 시스템 모델에 대한 보데 선도 및 근궤적도을 이용한 상호작용식 루프 형성과 같은 고전적인 제어 기법을 적용합니다.
• 자동 튜닝 툴을 이용하여 단일 또는 다수의 피드백 루프에서 제어기 게인을 자동으로 튜닝합니다. 슬라이딩 모드 제어 또는 게인 스케줄링 등의 기법을 이용하여 비선형 제어기를 설계합니다.
• 결함 방지 회로와 로직을 설계하고 철저히 테스트합니다.
• 최적화 및 분석 툴을 이용하여 시스템 파라미터를 최적화하고 민감도 분석을 수행합니다.
• 멀티코어 프로세서와 컴퓨팅 클러스터에서 병렬로 실행함으로써, 다수의 시뮬레이션이 필요한 연구의 속도를 높입니다.
• 제어 알고리즘으로부터 C 또는 HDL 코드를 생성하여, 실시간 타겟 컴퓨터를 이용하여 래피드 프로토타이핑하거나 마이크로컨트롤러나 FPGA에 구현합니다.
• HIL(hardware-in-the-loop)을 이용하여 제어기를 검증하기 위해, 회로와 머신 모델로부터 멀티코어 CPU와 FPGA가 있는 실시간 타겟 컴퓨터에 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.
• 태양광 발전에 관한 단독운전 방지 등과 같은 어플리케이션에 대해 UL 1741과 같은 정부 규정과 표준에 부합하게 임베디드 소프트웨어를 개발하도록 공식적 검증 기능을 적용합니다.