Real-time simulation of power electronics systems and hardware-in-the-loop applications

Abstract

Uma vez disponível exclusivamente para modelos com transitórios lentos como os de sistemas de potência, a simulação em tempo-real de circuitos elétricos foi melhorada com o crescimento do poder computacional disponível, e é hoje parte crucial do processo de desenvolvimento de novas soluções de engenharia elétrica em diversas áreas especialmente quando em uma configuração hardware-in-the-loop. Nesta dissertação, noções de alguns dos aspectos teóricos fundamentais de softwares de simulação de circuitos gerais são primeiramente mostradas: a representação por grafos, a análise por variáveis de estado e a análise nodal. Posteriormente, características e restrições importantes de métodos orientados à ope-ração em tempo-real são discutidos. Finalmente, a avaliação de um sistema estado-da-arte apto a testes hardware-in-the-loop, o simulador em tempo-real baseado em CPU e FPGA OPAL-RT OP5700, é apresentada em termos de velocidade e exatidão.

Abstract : Once available exclusively for slow transient models such as those of power systems, the real-time simulation of electric circuits was improved with the growth of the available computing power, and is nowadays a crucial part of the design process of new electrical engineering solutions in several areas -- especially when in a hardware-in-the-loop configuration. In this master's thesis some of the fundamental theoretical aspects of general circuit simulation softwares are initially outlined: the graph representation, the state-variable analysis and the nodal analysis. Afterwards, important characteristics and restrictions of real-time operation oriented methods are discussed. Finally, the evaluation of a state-of-the-art hardware-in-the-loop testing capable system, the CPU/FPGA-based OPAL-RT OP5700 real-time simulator, is presented in terms of speed and accuracy.