[發明專利]一種基于FPGA的有源配電網多速率實時仿真方法

有效

• 申請號: 201810221844.7
• 申請日: 2018-03-18
• 公開（公告）號: CN108520105B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 王成山;王智穎;李鵬;富曉鵬;盛萬興;劉科研;孟曉麗;呂琛;葉學順;董偉杰;高源;黃建業;張功林
• 申請（專利權）人: 天津大學;中國電力科學研究院有限公司;國網福建省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/34
• 分類號: G06F30/34
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于FPGA的有源配電網多速率實時仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在由N個FPGA構成的有源配電網實時仿真器的上位機中，其中N＞1，將待仿真的有源配電系統依據拓撲連接關系及FPGA的計算資源劃分為N個子系統，各子系統之間采用貝瑞隆線路模型進行解耦；

2)對于每一個子系統，形成所述子系統中線性電氣元件的特性方程，采用根匹配法對所述特性方程進行差分化，形成線性電氣元件的統一的指數形式差分方程與統一的歷史項電流源；得到所述子系統的仿真參數信息，包括：線性電氣元件的統一的指數形式差分方程與統一的歷史項電流源的計算參數，節點電導矩陣與控制部分的計算矩陣；

所述的線性電氣元件的統一的指數形式差分方程與統一的歷史項電流源，是由線性電氣元件的支路電流i(t_cur)，支路電壓v(t_cur)與線性電氣元件的電阻R、電感L和電容C計算得到；

統一的歷史項電流源I_hist(t_cur-t_s)與統一的指數形式差分方程分別是：

其中t_cur是當前時刻，t_s是線性電氣元件所在子系統的仿真步長，s＝1，2，...，N，G_eq是線性電氣元件的等效電導，A₁、A₂、A₃是統一的歷史項電流源計算參數；

3)對于每一個子系統，將所述子系統的仿真參數信息下載到對應的FPGA中，根據各子系統的實際解算時間進行降序排列，各子系統的編號為1到N，設置第i個子系統的仿真步長為t_i，第j個子系統的仿真步長為t_j，其中i＝1，2，...，N，j＝i+1，i+2，...，N，且滿足t_i＝M_i，jt_j，其中M_i，j為倍數，取正整數；

4)定義所有在拓撲上具有直接連接關系的子系統對，j＝i+1，i+2，...，N，若子系統i與子系統j直接相連，則將子系統編號i加入到慢子系統編號的集合中，將j加入到快子系統編號的集合中，定義編號編號n為集合中與m一一對應的子系統對的編號；

5)設置仿真器全局仿真步長為Δt，Δt＝t₁，仿真時刻為t；建立各子系統的節點方程：

第m個子系統的節點方程為：

G_mv_m(t)＝i_m(t)-I_h，m(t-t_m)-I_m，m(t-M_1，mt_m)-I_m，n(t-M_1，nt_n)

其中，G_m是第m個子系統的節點電導矩陣，v_m是第m個子系統的節點電壓，i_m是第m個子系統的節點注入電流，I_h，m是第m個子系統中除貝瑞隆線路模型之外其他各元件的歷史項電流源，I_m，m是第m個子系統中的貝瑞隆線路模型在第m個子系統側的歷史項電流源，I_m，n是第m個子系統中的貝瑞隆線路模型在第n個子系統側的歷史項電流源；

第n個子系統的節點方程為：

G_nv_n(t)＝i_n(t)-I_h，n(t-t_n)-I_n，n(t-M_1，nt_n)-I_n，m(t-M_1，mt_m)

其中，G_n是第n個子系統的節點電導矩陣，v_n是第n個子系統的節點電壓，i_n是第n個子系統的節點注入電流，I_h，n是第n個子系統中除貝瑞隆線路模型之外其他各元件的歷史項電流源，I_n，n是第n個子系統中的貝瑞隆線路模型在第n個子系統側的歷史項電流源，I_n，m是第n個子系統中的貝瑞隆線路模型在第m個子系統側的歷史項電流源；

6)初始化仿真器，并設置仿真時刻t＝0，啟動仿真；

7)仿真時刻向前推進一個步長，t＝t+Δt；

第m個子系統根據快慢子系統交互時序，計算I_m，n的平均值

其中h＝1，2，...，M_1，m，k＝1，2，...，M_m，n；

第m個子系統利用完成M_1，m次第m個子系統的節點方程的求解，其中第h次求解的節點方程為：

第n個子系統根據快慢子系統交互時序，計算I_n，m的插值

其中g＝1，2，...，M_1，n，α是(g-1)/M_m，n的商，β是(g-1)/M_m，n的余數；

第n個子系統利用完成M_1，n次第n個子系統的節點方程的求解，其中第g次求解的節點方程為：

8)判斷物理時間是否達到仿真時間t，如達到仿真時間t，則進入下一步，否則實時仿真器待機至仿真時間t后，進入下一步；

9)判斷仿真時間t是否達到設定的仿真終了時刻T，如達到設定的仿真終了時刻T，則仿真結束，否則返回步驟7)。