[发明专利]一种基于FPGA的智能变电站实时仿真器

权利要求书

1.一种基于FPGA的智能变电站实时仿真器，其特征在于，包括人机交互模块、嵌入式处理模块、FPGA仿真模块、千兆光纤收发器、千兆以太网接口、SD卡读写控制器，其中：

人机交互模块包括输入设备和显示屏，输入设备用于用户输入参数，发送给嵌入式处理模块，显示屏用于向用户显示仿真结果；

嵌入式处理模块用于管理用户行为，包括记录用户通过人机交互模块1输入的参数，对仿真步长、仿真规模、仿真运行方式进行设置，并将仿真模型参数下发至FPGA仿真模块；接收FPGA仿真模块3的仿真结果，反馈给人机交互模块；

FPGA仿真模块用于根据嵌入式处理模块发送的参数对智能变电站的模型进行实时仿真，包括一次系统主接线的电磁暂态仿真和二次系统的行为逻辑仿真，将仿真结果反馈给嵌入式处理模块；并且将仿真结果转化为实际变电站中所使用的IEC 61850的网络报文，其中包含一次系统的电流、电压瞬时值的SV报文和包含开关分合动作信息、位置信息以及告警信息的GOOSE报文，发送给千兆光纤收器，二次系统的保护与控制行为报文、告警报文、状态信息报告发送给千兆以太网接口；

千兆光纤收发器用于向外部网络转发FPGA仿真模块所模拟的智能变电站过程层报文，包括SV报文和GOOSE报文；

千兆以太网接口用于向外部网络转发FPGA仿真模块所模拟的智能变电站站控层MMS报文；

SD卡读写控制器用于存储仿真过程的结果和报告，供用户在智能变电站仿真完成后离线调阅。

2.根据权利要求1所述的智能变电站实时仿真器，其特征在于，所述嵌入式处理模块采用FreeScale T4240处理器。

3.根据权利要求1所述的智能变电站实时仿真器，其特征在于，所述FPGA仿真模块包含了独立工作的四块FPGA，分别独立承担变电站线路、主变三侧、高压侧母线、中低压母线的实时仿真任务。

4.根据权利要求3所述的智能变电站实时仿真器，其特征在于，所述变电站线路仿真过程中，电流、电压瞬时值的求取方法采用隐式积分法，其中记P个电流已知节点、Q个电压已知节点的电压向量分别为U_P、U_Q，电流向量分别为I_P、I_Q，电流已知节点间的三相等值导纳矩阵为Y_PP，电流已知节点和电压已知节点间的三相等值导纳矩阵Y_PQ，电压已知节点和电流已知节点间的三相等值导纳矩阵Y_QP，表示电压已知节点间的三相等值导纳矩阵Y_QQ，隐式积分法的递推公式表示为：

U_P＝Y_PP^-1(I_P-Y_PQ*U_Q)

I_Q＝Y_QP*(Y_PP^-1(I_P-Y_PQ*U_Q)+Y_QQ*U_Q

U_P采用以下方法求解：

步骤1：将电压已知节点的电压向量U_Q分别与三相等值导纳矩阵Y_PQ中的每个列向量Y_pQ通过数乘累加模块FDM求取数量积，得到P个电流I_tp，其中p＝1,2,…,P；

步骤2：分别将P个电流已知节点的电流I_Pp减去对应电流I_tp，得到I′_Pp，从而得到电流向量I′_P＝{I′_P1,…,I′_PP}；

步骤3：将电流向量I′_P分别与三相等值导纳矩阵Y_PP中的每个列向量Y_pP的瘦逆矩阵通过数乘累加模块FDM求取数量积，得到P个电压u_p，从而得到电压向量U_P＝{u₁,…,u_P}。