一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法技术方案

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。本发明专利技术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。仿真提供了一种新的实现方法。仿真提供了一种新的实现方法。

【技术实现步骤摘要】
一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法


[0001]本专利技术涉及一种FPGA设计方法。特别是涉及一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法。

技术介绍

[0002]随着经济和技术的发展，现代社会对于能源的需求不断增加。化石燃料的大规模开发利用，使能源枯竭、环境污染、气候恶化等问题愈发严峻。能源行业低碳化转型，离不开可再生能源技术，可再生能源通常需要通过电力电子设备接入电力系统。可再生能源的大量接入使我国电力系统呈现高比例电力电子的特征。电力电子设备通常具有动作频率高、响应速度快、惯量低的特点。传统电力系统向有“双高”特性的新型电力系统发展的过程，也是电力系统动态特性复杂化的过程。对电力电子系统动态特性的研究，仅使用离线仿真是不够的。实时仿真技术是指仿真时间与现实时钟完全同步的数字仿真技术，可以真实地模拟实际的物理系统，在数字物理融合仿真和硬件在环测试等领域有不可替代的作用。
[0003]双电阻模型和恒导纳模型是常用的电力电子实时仿真模型。双电阻模型需要在每一个开关动作的时步更新系统矩阵，当仿真规模较大时，仿真实时性难以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)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，m为大于等于1的整数，读取电气元件参数，形成电气系统动态方程：式中x(t)为状态变量，为状态变量的导数，u(t)为输入变量，y(t)为输出变量，y
switch
(t)为开关支路测量向量，y
control
(t)为控制系统测量向量，t为时间，为电力电子设备开关状态S(t)＝k时的状态矩阵，为输入矩阵，为输出矩阵，为传递矩阵；读取电力电子设备的控制参数形成控制系统参数矩阵P
C
；2)在离线环境下，计算增广状态矩阵其中f为系统频率，增广状态矩阵A
k
的维度为N，N为大于1的整数，获取增广状态矩阵A
k
随k变化时的恒定部分和变化部分计算恒定状态转移矩阵式中h为实时仿真步长，计算变化参数矩阵计算输出参数矩阵3)将恒定状态转移矩阵M、变化参数矩阵N
k
、输出参数矩阵C、控制系统参数矩阵P
c
和实时仿真步长h存入FPGA实时仿真器中；4)设置仿真时刻t＝0，设置初始电力电子设备开关状态S(0)，状态变量初值x(0)，初始电力电子开关控制信号g(0)，启动FPGA实时仿真器；5)FPGA实时仿真器根据电力电子设备开关状态S(t)从FPGA中读取变化参数矩阵N
k
和恒定状态转移矩阵M，计算t+h时刻状态变量x(t+h)＝M(x(t)+N
k
x(t))，完成计算后仿真时间向前推进一个步长，t＝t+h，计算t时刻输出变量y(t)＝Cx(t)，根据t
‑
h时刻的电力电子开关控制信号g(t
‑
h)和t时刻的开关支路测量向量y
switch
(t)判断t时刻的电力电子设备开关状态S(t)；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g(t)；6)等待物理时间达到仿真时刻t，然后进入下一步；7)判断仿真时刻t是否达到设定的仿真终了时刻T
end
，如达到设定的仿真终了时刻T
end
，则仿真结束，否则返回步骤5)。2.根据权利要求1所述的一种面向电力电子化系统实时仿真的FPGA设计方法，其特征在于，步骤3)所述的将变化参数矩阵N
k
存入FPGA实时仿真器的过程是采用稀疏矩阵分块存储方法，所述稀疏矩阵分块存储方法是将变化参数矩阵N
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金利，王坤，富晓鹏，王智颖，李鹏，王成山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：