一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，首先描述基于配电网馈线电磁暂态模型及其降阶模型的现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)模拟装置总体架构设计方法，进一步通过嵌入两类模型算法的FPGA计算结果对比，设计监视器分析指标计算方法，并通过电磁暂态离散代数方程组反演求解故障点位置、接地电阻与电压暂态特征值，最后提出该电压暂降事件反演的FPGA模拟装置硬件时序分析方法。装置硬件时序分析方法。装置硬件时序分析方法。

【技术实现步骤摘要】
一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法


[0001]本专利技术属于有源配电网电能质量分析与治理领域，具体涉及一种面向电压暂降事件反演的FPGA(现场可编程逻辑门阵列，Field Programmable Gate Array)模拟装置设计方法。

技术介绍

[0002]配电网各支路馈线接入大量工业负荷，对电能质量要求很高。据统计，电能质量问题90％以上是由于电压暂降引起，电压暂降给用户造成了巨大的经济损失。其中，短路故障是引起电压暂降的首要原因，而单相故障在各类短路故障中发生的概率最高。近年来，我国配电网中的新能源渗透率越来越高，而故障后，新能源接地方式将直接影响单相故障电流大小。同时，目前故障引起的电压暂降定位方法受负荷影响大，且均从稳态层面开展，鲜有从暂态仿真角度考虑电压暂降源定位方法。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术结合配电网电压暂降治理和现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)电磁暂态仿真模拟技术，提供一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，从配电网馈线发生的接地故障切入，依据电磁暂态仿真建模方法对馈线系统建立全电磁暂态模型，并根据波形点电气量与离散仿真时刻变量间的关系，深入分析由单相接地故障引起电压暂降现象，及其所对应时刻系统电压与电流的平衡关系，进而可实现引起电压暂降的故障点位置识别。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)设计基于配电网馈线电磁暂态模型及其降阶模型的FPGA模拟装置总体架构；
[0007]步骤(2)通过嵌入两类模型算法
‑
即全阶模型电磁暂态算法和降阶模型电磁暂态算法的FPGA计算结果对比，设计监视器分析指标计算方法；
[0008]步骤(3)求解故障点位置、接地电阻与电压暂态特征信息；
[0009]步骤(4)设计该电压暂降事件反演的FPGA模拟装置硬件时序分析方法。
[0010]进一步地，所述步骤(1)中，所述模拟装置总体架构由SoC
‑
FPGA
‑
1、SoC
‑
FPGA
‑
2及1台上位PC机组成；其中，SoC
‑
FPGA
‑
1的PL侧进行实际配电网馈线的电磁暂态仿真，SoC
‑
FPGA
‑
2的PL侧进行配电网网络降阶变换后的电磁暂态模型仿真，SoC
‑
FPGA
‑
2的PS侧根据降阶变换后的电磁暂态模型，进行电压暂降事件反演算法，上位PC机完成数据存储及指令交互。
[0011]进一步地，所述步骤(1)包括设计模拟装置总体架构使用的FPGA芯片选型、计算资源分析、SoC
‑
FPGA
‑
1和SoC
‑
FPGA
‑
2间及其与上位PC机的接口芯片与协议分析、接口数据传输方法以及SoC
‑
FPGA
‑
1和SoC
‑
FPGA
‑
2的PL与PS侧计算过程描述。
[0012]进一步地，所述步骤(2)包括：分析比较RT
‑
Lab、实际系统即原始全电磁暂态模型(FPGA
‑
SoC
‑
1)与模拟降阶模型(FPGA
‑
SoC
‑
2)中结果的偏差，以检测有源配电网馈线系统电压暂降异常。
[0013]进一步地，所述步骤(3)采用电磁暂态离散代数方程组求解故障点位置、接地电阻大小以及接地点电压值，然后基于计算结果设计电压暂降事件具体的反演流程。
[0014]进一步地，所述步骤(4)用于优化模拟装置总体架构的计算性能，对模拟器计算流程的运算时序进行分析，具体包括仿真时间内FPGA电磁暂态模型的并行计算能力以及模拟数据输入到监视器的传输时间的优化。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术是一种能直接对向电压暂降事件进行测试反演分析的实时硬件仿真系统，具有减少现场测试时的人力物力投入及其安全高效的优点。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法总体架构示意图；
[0018]图2为配电网馈线电压暂降反演计算流程图；
[0019]图3为FPGA模拟装置硬件时序分析结果示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]本专利技术的一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法具体包括如下步骤：
[0022]步骤1：设计基于电磁暂态模型的FPGA模拟装置总体设计架构
[0023]本步骤提出面向电压暂降事件反演的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)模拟装置设计总体架构。设计的模拟装置架构由两块SoC
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FPGA(System of Chip，片上系统SoC)及1台上位PC机(Personal Computer，个人电脑)组成。其中，SoC
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FPGA
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1的PL(Progarmmable Logic，可编程逻辑)侧进行实际配电网馈线的电磁暂态仿真，SFP为Small Form Pluggable，即小型可插拔光纤通信模块，而SoC
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FPGA
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2的PL侧进行配电网网络降阶变换后的电磁暂态模型仿真，SoC
‑
FPGA
‑
2的PS(Processing System，可编程逻辑处理系统)侧根据降阶变换后的电磁暂态模型，进行电压暂降事件反演算法，另外，上位PC机通过网口和光纤口主要完成仿真数据存储、暂降事件记录及指令交互。值得说明的是本模拟装置也包括RT
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Lab实时仿真器，在RT
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Lab进行配电馈线的实时模拟，以真实模拟实际系统运行状态。在SoC
‑
FPGA
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1和SoC
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FPGA
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2的PL侧进行的电磁仿真，包含系统仿真计算模块以及主动配电网重要元件的模拟模块。模拟器计算流程如图1所示，具体步骤如下：
[0024]步骤1.1本架构使用的SoC
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FPGA板卡为ZCU106评估套件，配有xczu7ev
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ffvc11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)设计基于配电网馈线电磁暂态模型及其降阶模型的FPGA模拟装置总体架构；步骤(2)通过嵌入两类模型算法，即全阶模型电磁暂态算法和降阶模型电磁暂态算法的FPGA计算结果对比，设计监视器分析指标计算方法；步骤(3)求解故障点位置、接地电阻与电压暂态特征信息；步骤(4)设计该电压暂降事件反演的FPGA模拟装置硬件时序分析方法。2.如权利要求1所述的一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述模拟装置总体架构由SoC
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FPGA
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1、SoC
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FPGA
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2及1台上位PC机组成；其中，SoC
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FPGA
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1的PL侧进行实际配电网馈线的电磁暂态仿真，SoC
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FPGA
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2的PL侧进行配电网网络降阶变换后的电磁暂态模型仿真，SoC
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FPGA
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2的PS侧根据降阶变换后的电磁暂态模型，进行电压暂降事件反演算法，上位PC机完成数据存储及指令交互。3.如权利要求1所述的一种面向电压暂降事件反演的FPGA模拟装置设计方法，其特征在于：所述步骤(1)包括设计模拟装置总体架构使用的FPGA芯片选型、计算资源分析、SoC
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FPGA
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1和SoC<...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶华，裴玮，杨政，王冠淇，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：