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[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-CN202310376616.8在审
发明人：赵金利;王坤;富晓鹏;王智颖;李鹏;王成山 -专利权人：天津大学
申请日： 2023-04-10 - 公布日： 2023-06-23 - 主分类号： G05B17/02 文献下载
摘要：一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法，包括：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，读取电气元件参数，形成电气系统动态方程；在离线环境下，计算增广状态矩阵，计算增广状态矩阵恒定状态转移矩阵、变化参数矩阵和输出参数矩阵，并存入FPGA实时仿真器中；设置初始启动FPGA实时仿真器；判断电力电子设备开关状态；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；判断仿真时刻是否达到设定的仿真终了时刻，如达到设定的仿真终了时刻，则仿真结束。本发明解决了电力电子设备带来的系统拓扑时变问题，为电力电子化系统实时仿真提供了一种新的实现方法。
一种面向电力电子系统实时仿真 fpga 设计方法

[发明专利]基于FPGA的有源配电网实时仿真器输出模块设计方法-CN201811218880.4有效
发明人：王成山;金烁;李鹏;王智颖;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-10-19 - 公布日： 2023-03-14 - 主分类号： G06F30/331 文献下载
摘要：一种基于FPGA的有源配电网实时仿真器输出模块设计方法，在基于FPGA的有源配电网实时仿真器的上位机中，读取待仿真的有源配电网基本参数，设定输出模块参数和采样间隔；对实时仿真器进行复位操作；完成对以太网寄存器配置；启动实时仿真，采样计数器数值累加；如采样计数器数值等于采样间隔，则采样计数器数值清零，并将要观测的测量量进行缓存处理后封装为以太网数据包，经以太网接口发送给上位机进行处理和实时显示；如达到仿真时间结束。本发明可以将实时仿真器仿真结果实时传输到上位机PC上进行实时存储和实时画图显示，提高了基于FPGA的有源配电网实时仿真器的用户交互性能，为实现基于FPGA的有源配电网实时仿真器商业化推广应用奠定了基础。
基于 fpga 有源配电网实时仿真器输出模块设计方法

[发明专利]一种改进的模块化多电平换流器戴维南等效建模方法-CN202010820589.5有效
发明人：王成山;付浩;王智颖;富晓鹏;李鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2020-08-14 - 公布日： 2023-02-21 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：一种改进的模块化多电平换流器戴维南等效建模方法，包括：将模块化多电平换流器的子模块进行离散化，形成模块化多电平换流器子模块的伴随离散电路；将模块化多电平换流器的桥臂限流电感进行离散化，形成模块化多电平换流器的桥臂中的限流电感的离散电路；将模块化多电平换流器的子模块进行等效处理，将模块化多电平换流器子模块的伴随离散电路等效为戴维南等效电路；将模块化多电平换流器的桥臂进行等效处理，获得桥臂戴维南等效电路；将模块化多电平换流器的桥臂戴维南等效电路进行改进，得到改进的桥臂戴维南等效电路。本发明在保证模型准确度的同时，能够有效降低MMC模型的解算复杂度，可以显著提高仿真速度，实现对MMC的高效精确求解。
一种改进模块化电平换流戴维等效建模方法

[发明专利]用于电力电子高效暂态仿真的图形处理器内存管理方法-CN201810897132.7有效
发明人： 富晓鹏;吴蔚;王成山;李鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-08-08 - 公布日： 2023-01-31 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明的用于电力电子高效暂态仿真的图形处理器内存管理方法，着眼于有限计算资源情况与大规模电力系统电磁暂态仿真计算需求之间的矛盾。仿真过程中，多个电力电子开关的快速变化使得系统状态频繁发生改变，进而需要多次对状态更新矩阵进行求解和存储，随之导致计算效率低以及计算资源占用过多的问题。基于最不经常使用算法的内存替换方法，能够保证在有限的计算资源下电磁暂态仿真的顺利进行，另一方面随着实际电力系统的规模不断增加，对仿真规模的要求也不断增加，使用内存替换方法之后，能够以牺牲很少仿真速度的条件下，极大地提高仿真规模的大小。
用于电力电子高效仿真图形处理器内存管理方法

[发明专利]基于FPGA的有源配电网实时仿真解算器通用化设计方法-CN201811045238.0有效
发明人：王成山;金烁;王智颖;李鹏;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-09-07 - 公布日： 2022-12-06 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：一种基于FPGA的有源配电网实时仿真解算器通用化设计方法，在基于FPGA的有源配电网实时仿真器的上位机中：读取待仿真的有源配电网元件基本参数，形成节点电导矩阵；对节点电导矩阵求逆，得到节点电导矩阵的逆矩阵；判断逆矩阵的维数是否超过了能够计算的线性方程组最大维数；对节点电导矩阵的逆矩阵进行扩充；得到节点电导矩阵的逆矩阵的计算矩阵；在基于FPGA的有源配电网实时仿真器中启动仿真；计算得到总历史项电流源列向量；如达到仿真时间结束。本发明充分考虑线性方程组的矩阵向量乘法方式求解的基本数学原理和FPGA硬件设计的特点，有效地提高了基于FPGA的有源配电网实时仿真解算器的通用性。
基于 fpga 有源配电网实时仿真解算器通用设计方法

[发明专利]基于FPGA的风电场实时仿真器模块级流水线设计方法-CN201910453325.8有效
发明人：王成山;付浩;李鹏;王智颖;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2019-05-28 - 公布日： 2022-11-22 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明的一种基于FPGA的风电场实时仿真器模块级流水线设计方法，基于风电场的拓扑结构和FPGA的硬件资源，将风电场划分为多个子系统，根据风电场的拓扑连接关系与FPGA的硬件资源，通过系统分割、并行求解以降低解算规模，并将分割后各子系统的计算任务以模块级流水线的形式进行求解，充分发挥了模块级流水线仿真求解的优势，在保证求解实时性的同时，有效地提升了基于FPGA的风电场实时仿真器的仿真能力，保证了仿真实时性。特别是针对更大规模风电场的实时仿真，通过采用模块级流水线的求解架构，可在满足实时仿真精度的前提下，有效节省实时仿真器的硬件仿真资源，为实现基于FPGA的更大规模风电场实时仿真奠定了基础。
基于 fpga 电场实时仿真器模块流水线设计方法

[发明专利]基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法-CN201910453323.9有效
发明人：王成山;付浩;李鹏;王智颖;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2019-05-28 - 公布日： 2022-11-04 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明的一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，充分发挥了FPGA流水线求解架构的计算优势，通过对风电场中的同种类风机模型中的多条并行求解指令流采用超标量流水线求解，实现了在有限硬件资源下对风电场的高效精确实时仿真，有效地提高了基于FPGA的风电场实时仿真器的仿真效率和资源利用率，为实现基于FPGA的更大规模风电场的实时仿真奠定了基础。
基于 fpga 电场实时仿真器标量流水线设计方法

[发明专利]面向有源配电网实时仿真的解算器细粒度高效设计方法-CN201910649111.8有效
发明人：李鹏;王鑫;王成山;王智颖;于浩;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2019-07-18 - 公布日： 2022-11-04 - 主分类号： G06F30/34 文献下载
摘要：一种面向有源配电网实时仿真的解算器细粒度高效设计方法，能够充分考虑有源配电网实时仿真中节点电导矩阵的结构特性和FPGA硬件的集成结构，在保证求解精度的前提下，降低硬件资源占用率，提升求解由节点电导矩阵形成的稀疏线性方程组的速度，实现了由节点电导矩阵形成的稀疏线性方程组的快速求解，提高了基于FPGA的有源配电系统实时仿真器的性能。
面向有源配电网实时仿真解算器细粒度高效设计方法

[发明专利]用于电力变流器系统电磁暂态仿真加速的坐标变换方法-CN201810896413.0有效
发明人： 富晓鹏;李鹏;王成山 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-08-08 - 公布日： 2022-06-07 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：一种用于电力变流器系统电磁暂态仿真加速的坐标变换方法，在仿真方式下，电力变流器较高的调制频率不再成为制约系统仿真计算步长的关键因素，仿真研究能够根据实际需要更灵活地选取仿真参数。另一方面，由于采用坐标变换后系统状态矩阵成为恒系数矩阵，不再需要在每一次开关状态改变后进行开关动作时刻定位，以及相关的线性插值运算，消除了这一部分带来的数值误差，电磁暂态仿真结果也能够得到较好的改善。本发明的状态矩阵具有不随仿真时间和电力电子开关状态变化的性质，使得数值仿真采用的积分步长能够远远大于使用原始模型时所允许的仿真步长，提高含电力变流器系统的电力系统电磁暂态仿真的计算效率，实现显著的仿真加速效果。
用于电力变流器系统电磁仿真加速坐标变换方法

[发明专利]面向电力电子化柔性配电网的改进增广节点方程建模方法-CN202110036013.4有效
发明人：王成山;董博;于浩;富晓鹏;冀浩然;李鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2021-01-12 - 公布日： 2022-05-20 - 主分类号： H02J3/00 文献下载
摘要：一种面向电力电子化柔性配电网的改进增广节点方程建模方法：对给定的电力电子化柔性配电网，输入网络参数及迭代计算参数，以及牛顿法迭代收敛精度；根据提供的网络及元件参数信息，建立面向电力电子化柔性配电网的改进增广节点方程，实现对直流配电系统的建模，以及对换流器以及多端智能软开关的建模；设定网络中状态变量的初值，设定迭代次数l＝0；采用牛顿‑拉夫逊法对面向电力电子化柔性配电网的改进增广节点方程进行一次迭代求解，求得第l次计算后系统的偏差值以及状态变量修正值；判断求得的偏差值是否满足迭代收敛精度要求；输出面向电力电子化柔性配电网的改进增广节点方程计算结果。本发明可以有效提高计算效率。
面向电力电子柔性配电网改进增广节点方程建模方法

[发明专利]面向有源配电网实时仿真的核心解算器并行设计方法-CN202010394106.X有效
发明人：李鹏;王鑫;王成山;王智颖;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2020-05-11 - 公布日： 2022-03-08 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：一种面向有源配电网实时仿真的核心解算器并行设计方法，包括：离线预处理过程：采用嵌套图分割算法和贝瑞隆线路模型将待仿真有源配电网分成若干个子系统；采用嵌套图分割算法和约束对称近似最小阶数置换算法对节点电导矩阵进行排序；预存电流的地址向量和电压的地址向量；采用LDU分解法对子系统节点电导矩阵进行分解；设置前代过程、单位化过程和回代过程各子任务的启动时间，排序后对元素信息进行预存。在线求解过程：完成电流向量的寻址排序、前代过程求解、单位化过程求解、回代过程求解以及电压向量的寻址排序后生成最终解向量。本发明实现了实时仿真器中核心解算器的并行求解，提高了基于FPGA的有源配电系统实时仿真器的性能。
面向有源配电网实时仿真核心解算器并行设计方法

[发明专利]面向电力电子暂态仿真加速的图形处理器内存管理方法-CN201810896405.6有效
发明人：王成山;吴蔚;李鹏;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-08-08 - 公布日： 2021-09-07 - 主分类号： G06F9/50 文献下载
摘要：一种面向电力电子暂态仿真加速的图形处理器内存管理方法，着眼于有限计算资源情况与大规模电力系统电磁暂态仿真计算需求之间的矛盾。仿真过程中，多个电力电子开关的快速变化使得系统状态频繁发生改变，进而需要多次对状态更新矩阵进行求解和存储，随之导致计算效率低以及计算资源占用过多的问题。基于最近最少使用算法的内存替换方法，能够保证在有限的计算资源下电磁暂态仿真的顺利进行，另一方面随着实际电力系统的规模不断增加，对仿真规模的要求也不断增加，使用内存替换方法之后，能够以牺牲很少仿真速度的条件下，极大地提高仿真规模的大小。
面向电力电子仿真加速图形处理器内存管理方法

[发明专利]基于FPGA的有源配电网实时仿真器多速率接口设计方法-CN201810221838.1有效
发明人：李鹏;王智颖;王成山;富晓鹏 -专利权人：天津大学
申请日： 2018-03-18 - 公布日： 2021-02-02 - 主分类号： G06F13/10 文献下载
摘要：基于FPGA的有源配电网实时仿真器多速率接口设计方法，包括：1)将各子系统信息下载到对应FPGA中，子系统m与子系统n相连，子系统m的仿真步长是子系统n仿真步长的整数倍；2)设置仿真时刻t＝0，启动仿真；3)仿真时间向前推进一个步长，t＝t+Δt；4)各子系统完成仿真计算并交互仿真接口数据；5)子系统m将接收到的仿真接口数据送入平均单元，子系统n将接收到的仿真接口数据送入插值单元；6)判断物理时间是否达到t，如达到则进入7)，否则实时仿真器待机至t后，进入7)；7)判断仿真时间t是否达到仿真终了时刻，如达到则仿真结束，否则返回3)。本发明的多速率接口设计方法，有效提高了基于多FPGA的有源配电网实时仿真器的仿真速度。
基于 fpga 有源配电网实时仿真器速率接口设计方法

[发明专利]面向指数积分的电力电子电路暂态仿真GPU加速方法-CN201711232867.X有效
发明人： 富晓鹏;刘君陶;李鹏;王成山;赵金利 -专利权人：天津大学
申请日： 2017-11-29 - 公布日： 2020-10-27 - 主分类号： G05B17/02 文献下载
摘要：本发明提出了一种面向指数积分的电力电子电路暂态仿真GPU加速方法。在开关状态频繁改变的电力电子电路的仿真过程中，对于指数积分算法，需要重新对矩阵进行求解，这一部分消耗了大量的仿真时间。本发明提出的仿真加速策略在存储器中将曾经计算过的矩阵储存起来，当遇到相同开关状态时直接调用，以大幅节约矩阵的计算时间；对考虑多重开关动作的线性插值法进行改进，使其仿真步长不变，更适用于矩阵存储；在仿真过程中，对于电气系统利用GPU并行计算资源进行高效求解，而将控制系统以及其他复杂的计算部分保留在CPU上计算。本发明所提方法可以有效地提升电力电子电路的仿真速度，为解决面向电力电子化的电力能源系统的新需求提供了新的思路。
面向指数积分电力电子电路仿真 gpu 加速方法

[发明专利]一种基于FPGA的有源配电网多速率实时仿真方法-CN201810221844.7有效
发明人：王成山;王智颖;李鹏;富晓鹏;盛万兴;刘科研;孟晓丽;吕琛;叶学顺;董伟杰;高源;黄建业;张功林 -专利权人：天津大学;中国电力科学研究院有限公司;国网福建省电力有限公司电力科学研究院
申请日： 2018-03-18 - 公布日： 2020-01-07 - 主分类号： G06F30/34 文献下载
摘要：一种基于FPGA的有源配电网多速率实时仿真方法，包括：1)将有源配电系统解耦为若干子系统并形成各子系统指数形式差分方程，将得到的仿真参数信息下载到对应FPGA中；2)各子系统建立节点方程；3)设置仿真时刻t＝0，启动仿真；4)仿真时间向前推进一个步长，t＝t+Δt；5)各子系统完成求解节点方程；6)判断物理时间是否达到t，如达到则进入7)，否则实时仿真器待机至t后，进入7)；7)判断仿真时间t是否达到仿真终了时刻，如达到则仿真结束，否则返回4)。本发明的多速率仿真方法，有效的提高了基于FPGA的有源配电网实时仿真器的仿真效率。
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