[發明專利]基于FPGA的有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法

有效

• 申請號: 201811218911.6
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109508479B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 李鵬;金爍;王成山;王智穎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F9/445;G06F113/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種基于FPGA的有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法，在實時仿真器的上位機中，讀取待仿真的有源配電網基本參數并存入FPGA只讀存儲器的初始化文件；設定參數配置控制模塊控制信號時間間隔；啟動參數配置控制模塊，從只讀存儲器中讀取參數信息并賦值給寄存器；進行仿真計算；達到仿真終了時刻后，如要更換其他算例進行仿真，則進行復位后返回第一步進行新算例仿真，否則結束。本發明有效地提高了基于FPGA的有源配電網實時仿真器的通用性，可實現算例中控制系統完全相同的情況下任意修改算例中電氣系統的拓撲、元件類型、元件個數、元件參數而無需進行重新編譯的通用化，為實現基于FPGA的有源配電網實時仿真器商業化推廣應用奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及一種有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法。特別是涉及一種基于FPGA的有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法。

背景技術

隨著分布式電源、儲能裝置、微電網等各種配電側資源的廣泛接入，有源配電網的組織形態和運行特征發生了較為深刻而持久地變化。有源配電網的這些變化使其在規劃設計、運行優化、保護控制、仿真分析等方面與傳統配電系統相比均存在較大的差異與挑戰。在仿真計算層面，有源配電系統中廣泛接入的各種分布式電源、儲能、電力電子裝置等新型設備使得其自身的動態特性更加復雜，針對傳統配電網的穩態仿真分析已不能滿足需求，需要借助精細的暫態仿真來深入了解有源配電網的運行機理與動態特征。在此基礎上，有源配電網詳細動態特性的分析與研究還需要實現實時仿真的功能需求，尤其是對各種控制器、保護裝置、智能終端、新型能量管理系統等的試驗、測試均需要在硬件在環(hardware-in-the-loop，HIL)的環境中進行。目前，國外開發的商業實時仿真器有RTDS、ARENE、HYPERSIM、NETOMAC、RT-LAB等，這些實時仿真器全部采用DSP(Digital SignalProcessor)、CPU(Central Processing Unit)、PowerPC等串行處理器作為底層硬件計算資源，通過多個處理器的并行計算，從而達到實時仿真的計算能力。

有源配電網復雜的網絡結構和龐大的系統規模對實時仿真器的仿真精度、計算速度、硬件資源等提出了新的挑戰。在有源配電網中，電力電子開關具有高頻的開關特性，對該類元件的仿真需要較小的仿真步長；分布式電源及儲能元件自身的控制器、電力電子變流器的控制器等建模進一步增加了系統的仿真規模，給硬件計算資源帶來了較大的負擔。基于串行處理器的實時仿真器囿于信號處理速度、物理結構的限制，實時仿真計算能力較為有限，同時，多個處理器之間數據的傳輸延時限制了仿真步長的選擇與數值穩定性。

FPGA具有大量并行底層結構，分布式內存，可實現深度并行計算；同時采用流水線操作的方式，提高了數字信號的處理速度。FPGA自身的I/O資源豐富，包括全雙工LVDS通道、用戶自定義I/O接口、高速收發器等，可實現大量數據的板級交互。隨著FPGA技術的發展，其集成的高速收發器可實現14.1Gbps的數據傳輸速率，使得多FPGA之間的高速通訊成為可能，為大規模有源配電網實時仿真的奠定了堅實的基礎。

編譯時間是基于FPGA的系統設計和產品開發時需要考慮的重要因素，編譯時間主要受FPGA設計的規模以及計算機性能的影響。對于基于FPGA的有源配電網實時仿真器，隨著仿真的有源配電網規模不同，編譯一次會花費1-3小時。如果將實時仿真器設計通用化，使實時仿真器本身不再因算例變化而變化，每次修改算例中元件參數以及更換算例無需再更改仿真器設計進而無需再進行重新編譯，則可提高仿真器的通用性，節省用戶時間。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種修改算例參數以及更換算例無需重新進行全編譯的基于FPGA的有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于FPGA的有源配電網實時仿真器參數配置通用化方法，包括如下步驟：