基于FPGA的有源配电网实时仿真器通用化设计

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分布式电源的接入给传统配电网带来巨大变化并使之成为有源配电网,庞大的网络规模与复杂的设备模型对实时仿真的精度、规模以及效率提出了更高要求。基于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)的有源配电网实时仿真器具有仿真步长小、仿真精度高、I/O接口丰富、易于扩展、成本低等优点。然而,编译时间长使得基于FPGA的实时仿真器仿真计算效率较低。本文在充分考虑FPGA硬件设计特点和仿真计算流程的基础上,提出了基于FPGA的有源配电网实时仿真器通用化设计,使仿真器具有无需重新编译即可在线更换算例的能力,极大地提高了仿真计算效率。本文工作围绕基于FPGA的有源配电网实时仿真通用化设计展开,主要研究内容包括:1)设计并实现了基于FPGA的有源配电网实时仿真器核心计算模块通用化设计。从制约通用性的各个方面出发,对实时仿真器的仿真全局控制模块、电气系统求解模块、控制系统求解模块等核心计算模块进行通用化设计,主要包括参数配置方式、线性方程组求解模块以及仿真初值设定方式的通用化设计,使仿真器的硬件设计无需随算例改动,提高了仿真计算效率;2)设计并实现了基于FPGA的有源配电网实时仿真器结果输出模块通用化设计。对仿真结果预处理模块进行了通用化设计,并在此基础上开发了以太网接口,将仿真结果实时传输到上位机中进行存储、显示与处理,有效改善了仿真器输出性能,提高了实时仿真器人机交互能力;3)基于有源配电网实时仿真器通用化设计,实现了配电网、光伏发电系统和有源配电网实时仿真算例测试。在基于FPGA的有源配电网实时仿真器中,完成了多组算例在线更新切换测试,通过与商业仿真软件PSCAD/EMTDC的仿真结果对比,充分验证了本文提出的通用化设计的正确性和有效性。
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