基于FPGA实时仿真的光储独立直流微电网协调控制策略

现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)具有数据并行度高、运行频率高等优点,可以满足电力系统微秒级步长的精细化仿真需求,在微电网实时仿真中展现出巨大潜力。为了深入研究光储微网中光伏和储能系统的动态特性,基于FPGA设计了光储独立低压直流微电网实时仿真系统。首先搭建了低压直流微电网实时仿真框架,设计了一系列电气系统典型模块。其次考虑到实时仿真的不同动态需求,搭建了涵盖多种控制策略的光储控制系统模型。然后在此基础上提出了基于直流母线信号(DC bus signaling, DBS)的分层协调控制策略,通过协调光储变换器的控制策略平衡系统能量流动。最后将FPGA实时仿真结果和Simulink软件作对比,一方面验证了FPGA实时仿真器的精确性和可靠性,另一方面也验证了分层协调控制策略可平滑切换工作层区,自主平衡系统功率流动,有效维持直流母线电压稳定。     

基于多FPGA的电力电子实时仿真系统

大功率复杂电力电子装置通常需要实时仿真系统来加速装置开发和功能验证。然而,商业化电力电子实时仿真系统均由国外公司垄断,价格昂贵,系统升级维护费用高,开放性差,仿真容量和接口数量也受限。为此,文中提出了一种基于多现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真系统的实现架构,以多片FPGA作为并行核心运算单元,有效增加仿真容量和缩短仿真步长。分析了数据实时传输的需求,并提出了一种满足通信需求的增强型串行外设接口(SPI)通信方式。基于该架构自主开发研制了实时仿真平台,并采用硬件描述语言构建10kV 12级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)电路模型进行系统实时仿真验证。实验结果表明:实时仿真步长可以达到2μs,实时仿真波形与MATLAB仿真波形误差在0.5%以内。     

基于FPGA的高压直流输电系统建模与实时仿真

高压直流HVDC(high-voltage direct current)输电技术的应用改变了传统输电网的形态与运行特性,大量高频电力电子设备的接入使得输电网动态特性更加复杂,通过实时仿真研究其复杂动态特性对于电网的运维具有重要意义.首先,基于现场可编程门阵列FPGA(field programmable gate a...     

基于FPGA的电力传动实时仿真系统的设计

给出电力传动实时仿真系统的一种快速成型方法.采用自顶向下的设计流程:初级仿真、混合仿真及现场可编程门阵列( FPGA)在回路仿真,建立电力电子装置的数学模型.使用FPGA对相应的数学模型进行硬件实现,完成电力传动实时仿真系统的建立.最后采用该设计方法对带阻感负载两电平结构的三相逆变器进行特性模拟,建立相应数学模型,并在S3EStarter_ug230实验平台上进行实验,结果证明该方法有效.     

基于FPGA的电子内窥镜实时图像处理系统

医用电子内窥镜是传统内窥镜技术与现代计算机技术,微电子技术等高新技术的不断发展和融合的产物。电子内窥镜由于体积的限制采用一种超小型全帧面阵CCD,其输出的图像格式与所采用的PAL制的监视器的格式不一致,同时为了改善图像质量和显示效果,系统采用现场可编程门阵列（FPGA）实现了实时的图像处理,这种实时图像处理系统保证了图像的正确显示,并通过插值放大和增强处理改善图像质量,通过数字视频特技改善显示效果,提高诊断的准确率。     

中海油文昌柔性直流输电系统现场试验

柔性直流输电的优点之一是可以向海上钻井平台这种无源网络供电。介绍了国内首套用于海上石油作业区的柔性直流输电系统——中海油文昌柔性直流输电系统的现场试验情况,包括了系统启动、孤立负荷供电、电动机负载并网和发电机并网等试验项目。结果表明,柔性直流输电系统能够平稳启动,在逆变侧产生稳定交流电压,可为孤立电阻和电动机负荷供电,并能够与平台上的发电机实现并网和退网运行。     

基于FPGA的变电站实时仿真培训系统

为降低变电站仿真培训系统的建设成本,提高变电站实时数字仿真的质量,提出了一种基于FPGA的变电站实时仿真培训系统。采用最小度最大独立集法安排节点消去和电压计算的顺序,较好地兼顾了运算量和运算并行度。采用多输入多输出的指令流运算器实现细粒度的并行计算,提高了FPGA资源利用率。利用状态字和影响字间接完成仿真参数的修改,减少了仿真计算时间和节约了数据存储空间。实例表明,采用最小度最大独立集法、指令流运算器及仿真参数间接修改方法,一个具有542节点的仿真变电站能以40 ms仿真步长在一块EP4CGX150芯片上正常运行。     

柔性直流阀控全链路试验方案及实时仿真

柔性直流阀控全链路试验是验证柔性直流阀控功能和性能的重要技术手段。本文提出的柔性直流阀控全链路试验方案主要包括阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等。首先分析了柔性直流阀控的架构和阀控架构的特点以及其各层级的连接关系;其次针对柔性直流阀控的特点提出了计及脉冲分配和功率模块控制的全链路试验系统;最后,在实时仿真平台上搭建了全链路试验系统,对实际工程应用的柔性直流阀控进行了全方位测试,并对典型试验结果进行了分析。试验结果表明,本文提出的全链路试验方案和系统能够满足柔性直流阀控功能和性能测试的需要。     

基于FPGA的光伏发电系统暂态实时仿真

介绍了分布式发电系统暂态实时仿真的主要难点,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的电力电子设备和控制系统的实时仿真方法以及不同步长下电气系统与控制系统的仿真时序和交互方法。在此基础上,设计了具有高度并行性、内存分布性及流水线架构的多种典型分布式电源控制元件模块,搭建了光伏电池及其控制系统模型,并以单极光伏发电系统为例对所提的暂态实时仿真器在多个步长下进行了验证,通过与PSCAD和RTDS软件仿真结果的对比,验证了所提实时仿真器的正确性。     

基于FPGA的分布式发电系统混合步长实时仿真算法

对于含大量电力电子设备的电力系统,传统的电磁暂态实时仿真器难以实现小步长仿真,针对该问题,采用了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)和CPU的电力系统混合步长实时仿真方法,搭建了电力系统暂态实时仿真器。以光伏发电系统为例,利用模型分割方法将系统分割为大步长部分与小步长部分,通过以太网实现FPGA与CPU异步通信,形成大步长—小步长混合步长联合仿真平台。针对模型分割后系统数据交互产生的误差问题,提出了一种脉冲等效平均化方法来对逆变器交流侧输出电压进行等效,以此降低误差和FPGA硬件资源占用率。最后,将实时仿真结果与Simulink离线模型和优化前的模型仿真结果比较,验证了在保证仿真精度的前提下,该方法在降低资源占用率方面具有一定的优势。     

基于FPGA的高频电力电子装置快速实时仿真数值算法

实时仿真有助于实现工业分布式控制,优化生产过程并实现柔性生产.现场可编程门阵列FPGA(field programmable gate array)凭借高速并行的特点,在实时仿真方面取得了广泛的应用.针对高频动作的电力电子开关器件,当利用变步长算法解决开关动作时刻的偏移问题时,会导致仿真结果出现发散现象,且该算法延长了...     

基于FPGA技术的变频调速系统设计

在基于异步电动机稳态模型的基础上,应用电压空间矢量PWM技术,并以FPGA作为核心控制元件实现变频调速.在分析电压空间矢量与磁链矢量关系的基础上,以在电动机空间形成圆形旋转磁场为依据,得出矢量合成公式,通过编写运算模块生成输出波形.采用FPGA进行设计可简化系统的硬件结构,降低成本,并显著提高系统的处理能力.     

一种基于FPGA的嵌入式实时以太网

提出了一种基于FPGA的嵌入式实时以太网。通过分析国际上多种实时工业以太网的特点,针对模块化设备对内部高速通讯的需求,设计了一种简化的实时以太网协议,并通过FPGA实现,最后通过实验进行验证;协议完全基于FPGA实现,简单可靠、通讯延时小,解决了现有工业以太网应用复杂、增加成本等问题,为高性能模块化工业控制系统奠定了通讯技术基础。     

海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法

随着深远海风电的开发与快速发展,采用柔性直流输电技术逐渐成为海上风电系统的首选方案。然而,海上风电及其输电系统的安全运行仍面临严峻的挑战。实时仿真技术能低成本、快速模拟各种复杂运行工况,得到越来越多的关注。直流汇集DC/DC系统是海上风电系统中的关键设备,其复杂的级联结构、数量众多的元件和更高的开关频率都给实时仿真带来了巨大的挑战。为此,提出一种海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法,通过仿真算法的并行设计和等效模型的构建两个步骤,实现大规模海上风电直流汇集DC/DC系统的小步长实时仿真。首先,将EMTP算法重新设计为适用于实时仿真的并行算法,并基于此构建直流汇集DC/DC系统子模块的等效模型。其次,根据子模块之间的串联耦合关系,构建直流汇集DC/DC系统的多端口等效模型。最后,在CPU-FPGA异构实时仿真平台中进行海上风电直流汇集DC/DC系统在多种工况下的实时仿真,并与PSCAD/EMTDC离线仿真结果进行对比,验证了所提实时仿真方法的准确性和高效性。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀型式试验方案

为了保证柔性直流输电工程的可靠运行,在投入运行之前必须通过一系列试验来考察换流阀的安全可靠性,这就需要制定一套科学全面的型式试验方案来验证考核换流阀设计的正确性.针对模块化多电平换流阀(modular multilevelconverrter,MMC)的结构和工作原理,参考相关标准,以南澳多端柔性直流输电工程为例,研究提出了详细的MMC的型式试验方案,该方案能够较全面地验证基于MMC拓扑结构的换流阀及其相关电路设计的正确性.     

一种低成本大容量实时仿真系统设计

大功率复杂电力电子装置通常需要实时仿真系统来加速装置开发和功能验证。而商业化电力电子实时仿真系统均由国外公司垄断,价格昂贵,系统升级维护费用高。为此提出一种低成本实时仿真系统实现架构,以多片现场可编程门阵列(FPGA)作为并行核心运算单元,有效增加仿真容量和缩短仿真步长。基于该架构自主开发了实时仿真平台,并采用硬件描述语言构建10 kV 12级联H桥STATCOM电路仿真模型进行系统半实物仿真验证。仿真实验结果表明,实时仿真步长可以达到2μs,实时仿真波形与Matlab仿真波形基本一致。     

采用FPGA信号处理系统的设计与应用

讲述了以FPGA为核心的光电色选机信号处理系统的设计,该系统充分利用FPGA资源,实现1片FPGA处理256个信号点的功能,达到低成本高性能的目的.本设计利用FPGA多功能输人输出功能实现LVD5(low voltage differential signaling)的直接输人,利用逻辑元素实现系统的计数、比较和系统控...     

基于多FPGA的有源配电网实时仿真器并行架构设计

有源配电网实时仿真是研究系统动态特性、模拟实际运行环境、测试保护控制策略的有效手段。文中利用现场可编程门阵列(FPGA)的固有高并行度、深度流水线、分布式存储资源,设计并开发了基于多FPGA的具有多层级并行架构的有源配电网实时仿真器。面向实时仿真器的可扩展性需求,首先采用物理解耦的方法对有源配电网的数学模型进行粗粒度分割,进而将得到的子系统进行细粒度模型分割。在此基础上将分割后的模型映射到对应的FPGA中,通过协调分配硬件资源,形成系统级—单元级—模块级—元件级多层级并行的实时仿真架构。针对含多个光伏发电单元、储能单元的配电网实现了实时仿真,通过与PSCAD/EMTDC结果的比较,验证了提出的多层级并行架构的有效性。     

基于FPGA的无刷力矩电机伺服控制系统研究

设计了基于FPGA平台无刷力矩电机的导弹用电动舵机控制系统方案。试验和应用证明该系统具有体积小、无需减速机构、响应速度快、输出转矩大、控制精度高等特点,适合制导炸弹用舵系统控制。