Simulación de inversores PWM monofásicos en modo diferencial con métodos basados en cuantificación

• Autores: Bortolotto, Mario; Migoni, Gustavo
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: documento de conferencia
• Materia: Ciencias Informáticas; inversores PWM; QSS/LIQSS; simulación; PWM inverters; simulation
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Este artículo presenta un estudio comparativo sobre la demanda de tiempo de CPU en la simulación de inversores monofásicos en modo diferencial con modulación por ancho de pulso (DMSI PWM, por sus siglas en inglés), utilizando métodos de integración numérica basados en cuantificación de los estados (Quantized State System, QSS) y métodos clásicos de discretización temporal. Dado que estos sistemas presentan discontinuidades frecuentes, los métodos numéricos tradicionales implican altos costos computacionales, tanto por la detección y tratamiento de eventos como por la necesidad de pasos de integración muy pequeños. En este contexto, se analiza cómo los métodos QSS, diseñados para tratar eficientemente ecuaciones diferenciales ordinarias (ODEs) con discontinuidades, permiten reducir significativamente el tiempo de simulación. En particular, se estudia el desempeño de los métodos QSS linealmente implícitos (Linearly Implicit Quantized State System, LIQSS), desarrollados para simular sistemas rígidos y discontinuos, frente a integradores clásicos como DASSL y CVODE-BDF. Este análisis es especialmente relevante en aplicaciones donde los modelos de inversores se integran en sistemas más complejos, con tiempos de simulación mucho mayores que los períodos de conmutación. Como contribución principal, se presentan nuevos modelos de DMSIs PWM desarrollados en µ–Modelica, evaluados en los entornos QSS Solver y OpenModelica, comparando rigurosamente el rendimiento de ambas estrategias de simulación.
This paper presents a comparative study of CPU time requirements for the simulation of differential-mode single-phase PWM inverters (DMSIs PWM), using Quantized State System (QSS) integration methods and classical time-discretization-based methods. These devices frequently exhibit discontinuities, making simulations with traditional methods computationally expensive due to the overhead involved in event detection and processing, as well as the requirement for very small time steps. In this context, the paper analyzes how QSS methods can significantly reduce simulation times, as they are well-suited to handling discontinuous ordinary differential equations (ODEs). In particular, the study focuses on the performance of linearly implicit QSS methods (LIQSS), which were developed for the efficient simulation of stiff and discontinuous systems, and compares them with well-known classical solvers such as DASSL and CVODE-BDF. This analysis is especially relevant when inverter models are embedded within larger systems, where the total simulation time greatly exceeds the switching periods of the converters. One of the main contributions of this work is the development of new DMSI PWM models in µ–Modelica, which were evaluated using QSS Solver and OpenModelica to enable a rigorous comparison between both simulation approaches.
Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa