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《基于FPGA的微電網(wǎng)實時仿真研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于FPGA的微電網(wǎng)實時仿真研究ResearchonReal-timeSimulationforMicro-gridBasedonFPGA工程領(lǐng)域：電氣工程作者姓名：付紹文指導(dǎo)教師：張炳達教授天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院二零一七年十一月摘要實時數(shù)字仿真系統(tǒng)是進行電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、運行調(diào)度、保護控制測試的重要平臺。由于微電網(wǎng)含開關(guān)頻率很高的AC/DC、AC/AC、DC/DC變換器，這對微電網(wǎng)實時仿真平臺的計算能力提出了更高的要求。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield－ProgrammableGateArray)擁有并行硬件結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)高度并行的數(shù)值計算，因而備受關(guān)注
2、。面對微電網(wǎng)實時仿真中高頻開關(guān)器件帶來的仿真規(guī)模受限問題和FPGA開發(fā)門檻高、通用性設(shè)計困難等挑戰(zhàn)，本文研究了基于FPGA的微電網(wǎng)實時仿真平臺的設(shè)計實現(xiàn)。論文主要工作如下：（1）介紹了微電網(wǎng)實時仿真的理論基礎(chǔ)，包括分布式電源、電力電子開關(guān)器件以及變壓器、線路、負荷的數(shù)學(xué)仿真模型。對節(jié)點分析法的計算流程做了介紹，詳細分析了節(jié)點分析法中常用的數(shù)學(xué)積分方法和求解線性方程組時用到的最小度法和極大獨立集合法。研究了一種基于替代定理的多速率仿真方法，將電感和電容分別等效為電流源和電壓源，從而使整個系統(tǒng)解耦，各子系統(tǒng)間能夠完全并行求解。（2）設(shè)計了一種新穎的基于FPGA和指令流的
3、微電網(wǎng)多速率實時仿真平臺。對基于FPGA和指令流的實時數(shù)字仿真平臺（FO-RTDS）中的實時解算器和指令流生成器進行了優(yōu)化。建立多種節(jié)奏的數(shù)據(jù)流入流出乒乓電路和引入帶有時標(biāo)的乒乓操作任務(wù)，實現(xiàn)了任務(wù)統(tǒng)籌安排的多速率仿真。通過引導(dǎo)字地址到當(dāng)前值地址的映射電路將多值參數(shù)值的尋找融入到指令流的處理過程，減輕了運算組件的計算任務(wù)壓力。在最晚安排時間的任務(wù)調(diào)度策略基礎(chǔ)上，采用k-中心點算法確定非中間量在解算器中的初始位置，按照節(jié)省運算組件開支和遷入變量與原有變量之間平均距離最小的原則進行數(shù)據(jù)調(diào)度，使得任務(wù)的全局安排更加合理。（3）與真實變流控制器和繼電保護裝置構(gòu)成了一個微電網(wǎng)
4、硬件在環(huán)實時仿真平臺，并與離線商業(yè)電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC對比，驗證了新穎的FO-RTDS能實現(xiàn)多值參數(shù)預(yù)存和多速率仿真，極大地提升了微電網(wǎng)實時仿真的規(guī)模。關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)，實時仿真，F(xiàn)PGA，多值參數(shù)預(yù)存，多速率仿真IABSTRACTReal-timedigitalsimulationsystemplaysanimportantroleinpowersystemplanninganddesigning,operationscheduling,protectionandcontroltesting.Therearehighswitchingfrequen
5、cyAC/DC,AC/AC,DC/DCconverterinthemicro-grid,whichputsforwardhigherdemandsonthecomputingpowerofmicro-real-timesimulationplatform.FPGA(Field－ProgrammableGateArray)hasparallelhardwarestructurewhichcanachievehighlyparallelnumericalcalculations,soFPGAhasattractedmuchattention.Facedwiththepr
6、oblemsoflimitedsimulationscalebroughtbyhigh-frequencyswitchingdevicesinreal-timesimulationofmicro-gridandthechallengeofhighthresholdofdevelopmentanddifficultuniversaldesign.Thedetailedworkissummarizedasfollows:（1）Thetheoreticalbasisofmicro-gridreal-timesimulationisintroduced,includingt
7、hemathematicalmodelofdistributedpowersupply,powerelectronicswitchingdevices,transformers,linesandloads.Thecalculationprocedureofnodeanalysismethodisintroduced.Themathematicalintegralmethodcommonlyusedinnodeanalysismethodandtheleastdegreemethodandthemaximalindependentsetmethodusedinso
