[发明专利]一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法

权利要求书

1.一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在离线环境下，搭建电力电子化系统仿真算例，包括m个电力电子设备，m为大于等于1的整数，读取电气元件参数，形成电气系统动态方程：式中x(t)为状态变量，为状态变量的导数，u(t)为输入变量，y(t)为输出变量，y_switch(t)为开关支路测量向量，y_control(t)为控制系统测量向量，t为时间，为电力电子设备开关状态S(t)＝k时的状态矩阵，为输入矩阵，为输出矩阵，为传递矩阵；读取电力电子设备的控制参数形成控制系统参数矩阵P_C；

2)在离线环境下，计算增广状态矩阵其中f为系统频率，增广状态矩阵A_k的维度为N，N为大于1的整数，获取增广状态矩阵A_k随k变化时的恒定部分和变化部分计算恒定状态转移矩阵式中h为实时仿真步长，计算变化参数矩阵计算输出参数矩阵

3)将恒定状态转移矩阵M、变化参数矩阵N_k、输出参数矩阵C、控制系统参数矩阵P_c和实时仿真步长h存入FPGA实时仿真器中；

4)设置仿真时刻t＝0，设置初始电力电子设备开关状态S(0)，状态变量初值x(0)，初始电力电子开关控制信号g(0)，启动FPGA实时仿真器；

5)FPGA实时仿真器根据电力电子设备开关状态S(t)从FPGA中读取变化参数矩阵N_k和恒定状态转移矩阵M，计算t+h时刻状态变量x(t+h)＝M(x(t)+N_kx(t))，完成计算后仿真时间向前推进一个步长，t＝t+h，计算t时刻输出变量y(t)＝Cx(t)，根据t-h时刻的电力电子开关控制信号g(t-h)和t时刻的开关支路测量向量y_switch(t)判断t时刻的电力电子设备开关状态S(t)；同时，FPGA实时仿真器进行控制系统仿真计算得到电力电子开关控制信号g(t)；

6)等待物理时间达到仿真时刻t，然后进入下一步；

7)判断仿真时刻t是否达到设定的仿真终了时刻T_end，如达到设定的仿真终了时刻T_end，则仿真结束，否则返回步骤5)。

2.根据权利要求1所述的一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法，其特征在于，步骤3)所述的将变化参数矩阵N_k存入FPGA实时仿真器的过程是采用稀疏矩阵分块存储方法，所述稀疏矩阵分块存储方法是将变化参数矩阵N_k中随着第i个电力电子设备开关状态改变而变化的非零元素分为分块变化参数矩阵N_{k_i}，i＝1,2，...，m，将第一个分块变化参数矩阵N_{k_1}的第一个开关状态下的矩阵第一行中非零元素依次存储在FPGA中，再存储矩阵下一行中非零元素，直到矩阵全部非零元素均存入存储器，然后按照第一个开关状态下的分块矩阵的存储方式存储下一个开关状态下的矩阵中全部非零元素，直到第一个分块变化参数矩阵N_{k_1}的所有开关状态下的矩阵中全部非零元素均存入FPGA中，再按照第一个分块变化参数矩阵N_{k_1}的存储方式存储下一个分块变化参数矩阵N_{k_2}，直到所有分块变化参数矩阵均存入FPGA中。