[发明专利]基于FPGA的电压质量超实时观测与分析方法

权利要求书

1.基于FPGA的电压质量超实时观测与分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、基于Cholesky分解法和xilinx提供的VHLS工具，构建供FPGA使用的Verilog代码矩阵，求逆IP核；

S2、基于xilinx提供的cordIC算法IP构建电压相位瞬时值求解模块；

S3、基于UDP传输协议构建通过SFP+接口与PC机以及节点电压方程构建的工业配电园区电磁暂态计算模块；

S4、基于C#的.NET4.8框架，开发面向配电网电压质量在线分析程序。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电压质量超实时观测与分析方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：

S11、证明电力系统节点导纳矩阵可用Cholesky分解法；

忽略实际电网中的单相导通器件，则节点导纳矩阵是对称的；又由于节点导纳矩阵自导为正，互导为负的特点，因此节点导纳矩阵的顺序主子式均大于零，所以将节点导纳矩阵看作对称正定矩阵，又由于其正定特性，因此节点导纳矩阵可采用Cholesky分解法对其分解；

S12、基于Cholesky分解法构建矩阵求逆模块，其中，3阶矩阵Cholesky分解法计算原理为：

A^-1＝(L^T)^-1L^-1＝(L^-1)^TL^-1 (2)

式中，a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₃₁、a₃₂、a₃₃为矩阵A内的9个元素，l₁₁、l₂₁、l₂₂、l₃₁、l₃₂、l₃₃为矩阵L内的6个元素；T代表矩阵的转置，-1代表矩阵的逆；

S13、推广后矩阵L中元素表示为：

公式(3)与(4)中，a为矩阵A内的元素,a_kk为矩阵A内对角线上的元素，a_ik为矩阵A内除对角线以外的元素；l为矩阵L内的元素，l_kk为L矩阵中的对角线上的元素，l_ik为矩阵除对角线以外的元素；i代表元素在矩阵第i行，k代表元素在矩阵第k列，j为从1到k的任意整数，当i等于k时，公式(4)转为公式(3)，l_ij为矩阵L内第i行第j列的元素，l_kj为矩阵L内第k行第j列的元素；

S14、对含有n个节点的工业园区局部配电系统的节点导纳矩阵采用C++代码对算法进行描述，在xilinx提供的VHLS工具完成仿真与综合后，在vivado工具中为Verilog代码调用；

S15、采用高斯消去法求解L矩阵的逆，得到逆IP核。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的电压质量超实时观测与分析方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：

S21、由于IP求解三角函数时，仅支持[-π，π]范围内的有符号定点数，因此需要对电压相位进行转换：

假设A相电压计算公式为：

式中，U为电压信号的幅值，ω为电压信号的角速度，t为时间，为电压信号的相角；

由上式可得，当wt+φπ时对角度进行转化：

先将wt+φ对2π取余，再与π进行比较；若wt+φ＜π，则将余数直接带入计算，若2πwt+φπ，则通过以下公式计算：

式中，φ为的补角。