论文部分内容阅读
实时仿真是电力系统规划设计、试验研究、评估分析的重要手段。微网技术的发展对实时仿真的计算能力提出了更高的要求。新型数字器件FPGA具有大规模细粒度并行计算能力,因而备受关注。面对微网非线性、刚性以及开关高频特性的实时仿真难题和FPGA硬件资源有限、开发周期长、通用性设计困难等硬件开发挑战,本文研究了微网实时仿真算法并开发了基于FPGA的微网实时仿真系统。论文具体工作如下:(1)为既保证实时仿真精度又能降低逆矩阵预存数据量,提出了一种面向微网实时仿真的基于多端口网络等效的分块分层并行仿真算法。在分布式电源、电力电子器件线性化建模基础上,利用多端口网络等效原理,建立子网络外特性方程和倒推方程,采用考虑串行度增量的极大独立集结合最小端法确定子网络合并顺序以提高计算效率。(2)为提高实时仿真规模并促进跨平台联合仿真,提出了一种基于延迟插入法和异步交互法的并行多速率实时仿真算法。采用局部延迟插入方法将微网分解为相互独立的分布式发电系统与主干网络,并利用拟合法和外插法实施并行多速率接口电气量交互,采用以最大通信延迟约束下尽早使用对方仿真数据为目标的异步交互方法,以减小通信延时对仿真精度的影响。(3)为提高实时仿真的计算速度,提出了一种基于FPGA的细粒度并行计算的实现方法。研究了一种基于数据缓冲机制的由多个基本运算器构成的变结构运算组件,并设计了基于分布式存储结构和交换站的多运算组件架构。采用指令流控制来实现任意运算表达式的并行计算,并针对指令流的优化生成方法给出了基于表调度的任务调度算法和基于遗传算法的任务调度算法。(4)开发了基于FPGA的微网实时仿真系统,并与离线商业电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对比,验证了本文开发的实时仿真系统以及所提分块分层并行实时仿真方法的正确性。以SFP光纤为通信媒介,成功地搭建了多FPGA的实时仿真系统,验证了所提并行多速率实时仿真算法的可行性,为FPGA实时仿真系统与RTDS等商业实时仿真装置组建异构仿真系统奠定了基础。