一款用于验证SOCOMEC嵌入式逆变器软件的创新型HIL测试台

该公司

SOCOMEC是一家业务遍及五大洲的国际工业集团，专门为服务业和工业领域提供电气设备。作为开关与保护、能效以及电力换流器（如不间断电源（UPS））领域的领导者，SOCOMEC 致力于持续创新，以确保关键电力基础设施的高可用性、安全性和能源效率。

面临的挑战

• 严格的实时约束：对工作在超过 10 kHz 斩波频率下的电力电子换流器 嵌入式软件进行验证，需要运行频率超过 200 kHz（转换器模型最高可达 1 MHz）的超高速实时仿真 模型。
• 电路复杂度高：该HIL仿真器需要同时支持超过150个仿真 变量、50多个半导体器件、36个PWM控制输入以及30个实时模拟输出信号。
• 重新编译耗时过长：传统的基于FPGA的仿真 工具在转换器电路原理图发生任何更改时，都需要经过漫长的FPGA编译过程。
• 多样化的电网波形：在极端环境条件以及全球电网电压/频率扰动下测试产品可靠性——这些情况在物理环境中无法安全或轻松地再现测试台 。

OPAL-RT 解决方案

SOCOMEC 部署了一套集 NI 和 OPAL-RT 硬件与软件于一体的 HIL 解决方案：

• FlexRIO FPGA 上的 OPAL-RTeHS求解器：在 NI PXI Express 机箱内的 NI FlexRIO FPGA 板上实现了 eHS64 实时求解器，从而无需重新编译 FPGA 即可即时修改原理图。
• Unified VeriStand & LabVIEW Environment: Utilized NI VeriStand to manage real-time I/O, acquire signals, and run LabVIEW environment models for lower real-time constraint components like batteries and motors (< 5 kHz).
• 通过 TestStand 实现自动化测试序列：与 MESULOG 合作，设计了以业务为导向的 TestStand 模块及自动化测试序列，用于对被测单元（UUT）电路板进行非回归测试和故障注入测试。
• High-Fidelity Converter Simulation: Simulated fast-switching power converters and related filters at microsecond/sub-microsecond time steps (< 1 MHz solver execution).

结果

• 不到一分钟的模型重新配置：实现了在不到一分钟的时间内修改数字电力电子电路原理图并查看仿真 结果的能力，从而省去了数小时的FPGA编译时间。
• 快速系统部署：来自 NI、OPAL-RT 和 MESULOG 的系统工程师在不到一周的时间内就使该 HIL 测试台投入了全面运行。
• 降低风险的软件验证：为开发人员提供了一个零风险的平台，用于测试复杂功能、注入故障模式，并安全地重放错误序列。
• 提升了全球电网的可靠性：实现了在极端温度以及全球电网电压/频率下降条件下的严格测试，而物理测试台 无法模拟这些条件。
• 提高质量并缩短产品上市时间：通过标准化、自动化的非回归测试，在显著提升产品可靠性的同时，大幅加快产品开发周期。

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