[发明专利]基于FPGA的有源配电网暂态实时仿真多速率接口方法

摘要

一种基于FPGA的有源配电网暂态实时仿真多速率接口方法，在离线环境下中读取算例基本信息，计算电气和控制系统在FPGA中每一时步计算所需的时间te和tc；根据te设定电气系统实时仿真步长△te；根据公式Δtc=kΔte,k=1tc≤ΔteΔtc=kΔte,k=ceil(tc/Δte)tc>Δte]]>自动确定控制系统实时仿真步长△tc；计算各元件相关计算参数与算例基本信息，上传至在线仿真环境，进行计算资源分配，仿真时刻t=0；电气和控制系统分别同时进行一个时步和k个时步的计算，t=t+△tc，t=t+k△te；电气和控制系统进行多速率接口通信；判断仿真时间是否达到仿真终了时刻。本发明易于实现，能够提前计算电气和控制系统解算时间，设定合适的实时计算步长，实现多速率接口并行仿真，在保证仿真精度的前提下，极大地减少了解算时间，降低了有源配电网暂态实时仿真的实现难度。

主权项

一种基于FPGA的有源配电网暂态实时仿真多速率接口方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：在离线环境下，采用电气系统和控制系统基本元件对有源配电系统进行建模，读取各类基本元件的基本参数信息和拓扑连接关系，根据实时仿真器中电气系统和控制系统的整体求解框架、各类基本元件的处理方式、矩阵求解方式，分别计算电气系统进行一个时步解算所需的时钟周期数ne和控制系统进行一个时步解算所需的时钟周期数nc，根据FPGA的驱动时钟频率f以及电气系统时钟周期数ne和控制系统时钟周期数nc，计算电气系统和控制系统所对应的每一时步仿真所需的计算时间te和tc，其中te＝ne/f，tc＝nc/f；第二步：在离线环境下，设定电气系统的实时仿真步长Δte，电气系统的解算要首先保证实时性，即te<Δte，并在保证仿真精度的前提下选择步长；第三步：在离线环境下，根据电气系统实时仿真步长Δte自动确定控制系统的实时仿真步长Δtc，控制系统的解算要首先保证实时性，即tc<Δtc，同时，将控制系统的实时仿真步长Δtc设为电气系统实时仿真步长Δte的整数倍k，并根据公式计算得到控制系统的实时仿真步长Δtc，其中函数ceil用于获得大于或者等于输入值的最小整数；第四步：在离线环境下，根据选定的电气系统实时仿真步长Δte与控制系统的实时仿真步长Δtc，计算各类基本元件等效电导、历史项电流源、更新计算参数，计算节点导纳矩阵逆矩阵，将所述参数以及第一步中所述的各类基本元件的基本参数信息和拓扑连接关系，上传至在线仿真环境，并在FPGA中为电气系统和控制系统分配独立的计算资源，设置仿真时刻t＝0；第五步：在在线环境下，开始下一时步的仿真；第六步：控制系统进行一个时步的计算，t＝t+Δtc，计算得到控制系统每个基本环节的输出值；同时，电气系统进行k个时步计算，t＝t+kΔte，计算得到电气系统的节点电压瞬时值和支路电流，其中，所述的k与第三步所述的k相同，所述的控制系统的计算和电气系统的计算是采用并行方式加以实现的；第七步：进行数据交互，电气系统和控制系统在FPGA中进行多速率接口通信，将控制系统的输出值存入电气系统中的电源模块和电力电子模块中，所述控制系统的输出值包括受控源输出值以及电力电子控制信号，而控制系统通过测量元件读取电气系统第k个时步计算后的接口变量输出值，并存入存储器，所述的接口变量输出值包括电压和电流测量值；第八步：判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，如达到仿真终了时刻，则仿真结束；否则返回第五步。