eHS

eHS（即Electric Hardware Solver）是OPAL-RT基于FPGA的工具箱，用于电力电子电路和电力系统的实时仿真 。eHS采用一种通用且可重新编程的电气求解器，无需具备FPGA专业知识或编程能力即可对电路进行仿真。 该工具箱的时间步长可低至 32 ns，开关频率最高可达 500 kHz，广泛应用于车载充电器、太阳能逆变器、电机驱动器、电动推进系统以及行波继电保护的硬件在环测试。

基于FPGA的电力电子系统仿真 在现场可编程门阵列（FPGA）上而非CPU上求解电路方程，从而使求解器能够以纳秒级的时间步长并行运行。正是这种时间分辨率，使得对快速开关的换流器 进行实时仿真 成为可能。

当模型包含快速开关器件、谐振换流器 或动态响应时间小于约10微秒时，应使用FPGA；当模型规模较大但运行较慢时（例如扩展网格网络或车辆级动态模型），则应使用CPU。大多数实际系统需要同时使用这两种方式。eHS支持协同处理仿真 ，因此FPGA负责处理高频开关，而CPU则在同一目标平台上管理更广泛的系统行为。

是的。SiC 和 GaN 器件的开关速度远快于硅器件，这通常迫使工程师简化拓扑结构或采用平均化模型。 eHS 中的“高速转换器求解器”模块可模拟包括谐振换流器 和带双向开关的拓扑结构在内的先进架构，而无需为了适应预定义的转换器模型而简化拓扑结构。该模块支持电压源转换器（VSC）应用中最高 500 kHz 的工作频率，以及谐振转换器模型中最高 250 kHz 的工作频率。

eHS 与 Simscape Specialized Power Systems (SPS)、PLECS、PSIM 以及 OPAL-RT 内置的原理图编辑器兼容。 无需编写代码。求解器具有通用性和可重编程性，因此电路以原理图形式绘制，而非通过推导状态空间方程或使用HDL编写。模型可直接部署到OPAL-RT和NI实时平台上，无需重新构建电路；参数集可实时更改，以便在无需重新编译的情况下测试故障条件。

eHS 在 FPGA 上实时运行功率级，而待测的物理控制器则接收真实的 PWM 和模拟信号，因此可以在原型机或车辆问世之前对控制硬件进行验证。 对于车载充电器，这涵盖了基于 OP4610XG 平台、开关频率高达 180 kHz 的 AC-DC PFC 和 DC-DC LLC 谐振级。对于电机驱动器，经过优化的 FPGA 模型涵盖了 PMSM、IPM、BLDC、SPM、感应电机和开关磁阻电机。

eHS 支持多种电力电子拓扑结构，包括 2 级和 3 级逆变器（NPC、ANPC、T 型）、DC-DC换流器 （降压、升压、DAB、LLC/CLLC、PSFB）、AC-DC 整流器和 PFC 电路（维也纳、图腾柱）、矩阵换流器 以及电动机驱动系统（PMSM、BLDC、 感应电机），以及并网系统（PV、BESS、MMC、SST）。通过HSCS扩展模块，支持范围进一步扩展至工作时间步长低至32 ns的高频和谐振换流器 ——包括OBC、DAB、CLLC和固态变压器——且无需任何开关参数调整或FPGA编程。