基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真方法研究.pdf

1、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是配電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、概念驗(yàn)證、算法測(cè)試、裝備研發(fā)的重要平臺(tái)與手段，而有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真需要強(qiáng)大的計(jì)算能力以滿(mǎn)足數(shù)字仿真的實(shí)時(shí)性。本文以當(dāng)前備受關(guān)注的新型可編程邏輯器件FPGA為底層硬件，研究了有源配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真建模與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)了基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。論文具體工作如下：
　　（1）結(jié)合有源配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真需求，提出了基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)整體框架，包括：提出了考慮系統(tǒng)級(jí)并行、模塊級(jí)并

2、行以及底層并行的電氣系統(tǒng)多層級(jí)并行仿真框架和提出了基于節(jié)點(diǎn)分析法的模塊級(jí)并行設(shè)計(jì)方法；發(fā)展了基于順序求解的控制系統(tǒng)仿真框架，在該框架下考慮了系統(tǒng)級(jí)并行、結(jié)構(gòu)級(jí)并行以及底層并行的多層級(jí)并行結(jié)構(gòu)；提出了基于FPGA的適于實(shí)時(shí)仿真的電氣和控制系統(tǒng)多速率接口方法。算例測(cè)試表明，該仿真框架表現(xiàn)出強(qiáng)大的并行性以及計(jì)算能力，能夠滿(mǎn)足小步長(zhǎng)下的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真；
　?。?）基于有源配電網(wǎng)的建模需求，提出了無(wú)源元件、線路、電源、斷路器、測(cè)量元件等

3、常規(guī)配電網(wǎng)元件的元件模塊設(shè)計(jì)方法，研究了分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分—電力電子變流器的實(shí)時(shí)仿真模型及其FPGA模塊設(shè)計(jì)方法；提出了典型分布式電源以及控制器元件的FPGA模塊設(shè)計(jì)方法；所有的元件模塊設(shè)計(jì)均充分考慮了FPGA的高度并行性。算例表明，建模方法為高速仿真計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，并可達(dá)到各種商業(yè)軟件的計(jì)算精度；
　　（3）提出了基于FPGA的實(shí)時(shí)仿真器的詳細(xì)硬件設(shè)計(jì)方法，包括仿真全局控制、電氣系統(tǒng)求解、控制系統(tǒng)求解、電氣和控制系統(tǒng)數(shù)

4、據(jù)交互以及仿真結(jié)果輸出5部分模塊的設(shè)計(jì)方法，并具體闡述了這5部分功能模塊的相互連接關(guān)系，各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方式都充分發(fā)揮了FPGA的硬件并行性。設(shè)計(jì)了仿真器與外部物理設(shè)備的仿真接口，通過(guò)仿真測(cè)試驗(yàn)證了該仿真接口的有效性；
　?。?）基于本文開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了典型配電網(wǎng)絡(luò)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光蓄發(fā)電系統(tǒng)以及含光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真算例測(cè)試，考察了它們?cè)谕獠凯h(huán)境條件改變、系統(tǒng)故障及功率輸出變化等情況下的暫態(tài)過(guò)程，并與商業(yè)電