基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法及相关设备技术方案

本申请实施例公开了基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法及相关设备，通过中央处理模块预设换流器等效模型的开关频率、预设换流器等效模型的第一三角波信号的使能信号及预设调制波；FPGA模块用于根据开关频率、使能信号、预设调制波和FPGA模块的仿真步长获得脉冲，并对脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流；中央处理模块还用于根据仿真电压和仿真电流进行并网仿真获得换流器等效模型的并网仿真结果。FPGA模块的仿真步长最小可达250纳秒，远远小于CPU中20

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及电力系统仿真领域，尤其涉及基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法及相关设备。

技术介绍

[0002]随着能源和环境问题的日益突出，风力发电以其清洁、灵活、可持续等优点在电网中所占的比例越来越高。大型陆上及海上风电场已经形成，随着风力发电的快速发展，风电接入电网带来的问题和风险也变得越来越大。通过仿真建模手段进行风电机组及场站接入电网的相关研究是一个很好的选择，因此，新能源单机及场站建模研究变得越来越重要，如何搭建精确、高效、符合实际情况的模型变得越来越重要。
[0003]现有的风电机组建模仿真根据换流器的开关频率，在CPU(CentralProcessing Unit，中央处理模块)中获取与换流器的开关频率对应的脉冲并进行仿真，然而CPU在生成脉冲的过程中其步长一般为20
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50微秒，因此对于开关频率相对较高的换流器，使用20
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50微秒的步长所获取的脉冲存在不精确的情况，使仿真结果不准确。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法基于FPGA的小步长换流器仿真系统、方法及相关设备，以获得更为精准的脉冲。
[0005]本专利技术第一实施例的具体技术方案为：一种基于FPGA的小步长换流器仿真系统，所述系统包括：中央处理模块和FPGA模块，所述中央处理模块与所述FPGA模块通过串行计算机扩展总线双向通信；所述中央处理模块用于预设换流器等效模型的开关频率、预设换流器等效模型的第一三角波信号的使能信号及预设调制波；所述FPGA模块用于根据所述开关频率、所述使能信号、所述预设调制波、和所述FPGA模块的仿真步长获得脉冲，并对所述脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流；所述仿真步长为所述FPGA模块的时钟周期所对应的步长；所述中央处理模块还用于根据所述仿真电压和所述仿真电流进行并网仿真，获得所述换流器等效模型的并网仿真结果。
[0006]优选的，所述FPGA模块包括：周期信号生成模块、三角波发生模块、脉冲生成模块和解算模块；所述周期信号生成模块输入端连接所述中央处理模块，所述周期信号生成模块输出端连接所述三角波发生模块，所述周期信号生成模块用于根据所述开关频率、所述使能信号和所述仿真步长获得所述换流器等效模型的周期信号；所述三角波发生模块输出端连接脉冲生成模块，所述三角波发生模块用于对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号；所述脉冲生成模块输出端连接所述解算模块输入端，所述脉冲生成模块用于将所述第二三角波信号的第一瞬时值与所述预设调制波的第二瞬时值进行比较获得脉冲；所述解算模块输出端连接所述中央处理模块，所述解算模块用于对所述脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流。
[0007]优选的，所述周期信号生成模块根据所述开关频率、所述使能信号和所述仿真步
长获得所述换流器等效模型的周期信号，包括：根据所述开关频率和所述仿真步长获得所述换流器等效模型的频率控制字；当所述使能信号为1时，利用预设的加法器将所述频率控制字与所述时钟周期进行相加获得周期信号。
[0008]优选的，所述利用预设的加法器将所述频率控制字与所述时钟周期进行相加获得周期信号之后，还包括：所述周期信号生成模块根据换流器等效模型中逆变器需求对所述周期信号进行相位偏移获得目标周期信号；所述三角波发生模块对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号，包括：所述三角波发生模块对所述目标周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号。
[0009]优选的，所述三角波发生模块对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号，包括：将所述周期信号的34位二进制字节分为高字节和低字节；所述高字节为第1位二进制字节和第2位二进制字节，所述低字节为第3位二进制字节至第34位二进制字节；根据所述高字节、所述低字节和预设解析规则获得所述第二三角波信号；所述预设解析规则为：将所述低字节的幅值预设为0至1；当所述高字节的字节数值的和为0时，所述第二三角波信号的幅值随着所述低字节的字节数值的和的增大由0变化为1；当所述高字节的字节数值的和为1时，所述第二三角波信号的幅值随着所述低字节的字节数值的和的增大由1变化为0；当所述高字节的字节数值的和为2时，所述第二三角波信号的幅值随着所述低字节的字节数值的和的增大由0变化为
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1；当所述高字节的字节数值的和为3时，所述第二三角波信号的幅值随着所述低字节的字节数值的和的增大由
‑
1变化为0。
[0010]优选的，所述脉冲生成模块将所述第二三角波信号的第一瞬时值与所述预设调制波的第二瞬时值进行比较获得脉冲，包括：当所述第一瞬时值大于或等于所述第二瞬时值时，所述脉冲生成模块输出所述脉冲的高电平信号；当所述第一瞬时值小于所述第二瞬时值时，所述脉冲生成模块输出所述脉冲的低电平信号；其中，所述脉冲生成模块输出的所述高电平信号和所述低电平信号构成所述脉冲。
[0011]优选的，所述脉冲生成模块还用于对所述第二三角波信号进行幅值变换和偏置，获得目标三角波；所述将所述第二三角波信号的第一瞬时值与所述预设调制波的第二瞬时值进行比较获得脉冲，包括：将所述目标三角波的第三瞬时值与所述预设调制波的第二瞬时值进行比较获得脉冲。
[0012]本专利技术第二实施例的具体技术方案为：一种基于FPGA的小步长换流器仿真方法，包括：中央处理模块预设换流器等效模型的开关频率、预设换流器等效模型的第一三角波信号的使能信号及预设调制波；FPGA模块根据所述开关频率、所述使能信号、所述预设调制波、和所述FPGA模块的仿真步长获得脉冲，并对所述脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流；所述仿真步长为所述FPGA模块的时钟周期所对应的步长；中央处理模块还根据所述仿真电压和仿真电流进行并网仿真，获得所述换流器等效模型的并网仿真结果。
[0013]本专利技术第三实施例的具体技术方案为：一种基于FPGA的小步长换流器仿真设备，包括存储器和和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如本申请第二实施例中任一项所述方法的步骤。
[0014]本专利技术第四实施例的具体技术方案为：一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如本申请第二实施例中任一项所述方法的步骤。
[0015]实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
[0016]本专利技术通过中央处理模块预设换流器等效模型的开关频率、预设换流器等效模型的第一三角波信号的使能信号及预设调制波；FPGA模块用于根据开关频率、使能信号、预设调制波和FPGA模块的仿真步长获得脉冲，并对脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流；中央处理模块还用于根据所述仿真电压和仿真电流进行并网仿真获得换流器等效模型的并网仿真结果。
[0017]FPGA模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的小步长换流器仿真系统，其特征在于，所述系统包括：中央处理模块和FPGA模块，所述中央处理模块与所述FPGA模块通过串行计算机扩展总线双向通信；所述中央处理模块用于预设换流器等效模型的开关频率、预设换流器等效模型的第一三角波信号的使能信号及预设调制波；所述FPGA模块用于根据所述开关频率、所述使能信号、所述预设调制波、和所述FPGA模块的仿真步长获得脉冲，并对所述脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流；所述仿真步长为所述FPGA模块的时钟周期所对应的步长；所述中央处理模块还用于根据所述仿真电压和所述仿真电流进行并网仿真，获得所述换流器等效模型的并网仿真结果。2.如权利要求1所述的基于FPGA的小步长换流器仿真系统，其特征在于，所述FPGA模块包括：周期信号生成模块、三角波发生模块、脉冲生成模块和解算模块；所述周期信号生成模块输入端连接所述中央处理模块，所述周期信号生成模块输出端连接所述三角波发生模块，所述周期信号生成模块用于根据所述开关频率、所述使能信号和所述仿真步长获得所述换流器等效模型的周期信号；所述三角波发生模块输出端连接脉冲生成模块，所述三角波发生模块用于对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号；所述脉冲生成模块输出端连接所述解算模块输入端，所述脉冲生成模块用于将所述第二三角波信号的第一瞬时值与所述预设调制波的第二瞬时值进行比较获得脉冲；所述解算模块输出端连接所述中央处理模块，所述解算模块用于对所述脉冲进行解算获得仿真电压和仿真电流。3.如权利要求2所述的基于FPGA的小步长换流器仿真系统，其特征在于：所述周期信号生成模块根据所述开关频率、所述使能信号和所述仿真步长获得所述换流器等效模型的周期信号，包括：根据所述开关频率和所述仿真步长获得所述换流器等效模型的频率控制字；当所述使能信号为1时，利用预设的加法器将所述频率控制字与所述时钟周期进行相加获得周期信号。4.如权利要求3所述的基于FPGA的小步长换流器仿真系统，其特征在于：所述利用预设的加法器将所述频率控制字与所述时钟周期进行相加获得周期信号之后，还包括：所述周期信号生成模块根据换流器等效模型中逆变器需求对所述周期信号进行相位偏移获得目标周期信号；所述三角波发生模块对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号，包括：所述三角波发生模块对所述目标周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号。5.如权利要求2所述的基于FPGA的小步长换流器仿真系统，其特征在于：所述三角波发生模块对所述周期信号进行解析获得所述换流器等效模型的第二三角波信号，包括：将所述周期信号的34位二进制字节分为高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明群，和鹏，何廷一，周鑫，何鑫，张明强，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：