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-CPU的双馈风电系统异步协同仿真

为实现双馈风电系统的并网及暂态实时仿真，研究了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)与CPU协同仿真的多速率并行实时仿真方法。使用开关函数法对双馈风电系统中“背靠背”换流器建模并进行资源优化，基于PWM均值化原理完成不同步长系统之间的模型分割。利用FPGA运行速率高的优点，以200 ns的步长实现了“背靠背”换流器的小步长仿真。面向有源配电网实时仿真的需求，实现了FPGA与自主研发的实时仿真机(universal real-time experimental platform, UREP)的200 ns/50 并行协同仿真。通过与Simulink离线仿真结果对比，同时分析模型优化前后的FPGA资源消耗情况，验证了协同仿真的实时性与准确性，可为各类风电系统的并网及暂态研究提供技术参考。     

基于CPU-FPGA的永磁直驱风机系统多速率实时仿真

在对永磁直驱风机系统进行实时仿真时,传统的基于多核中央处理器（Central processing unit,CPU）的实时仿真平台已无法满足亚微秒级仿真步长的需求。针对该问题,引入现场可编程门阵列（Field programmable gate array,FPGA）,提出了基于FPGA与CPU的永磁直驱风机系统异构多速率实时仿真方法。将永磁直驱风机系统按照仿真步长需求切割为大步长与小步长系统,分别于CPU与FPGA中联立运行;对该方法所产生的异步通信问题进行了优化。搭建仿真平台并进行实时仿真实验,将仿真结果与Simulink离线仿真结果进行对比;实验结果验证了该实时仿真方法的可行性与准确性。     

基于FPGA的变流器并行多速率电磁暂态实时仿真方法

随着电力电子器件越来越多地融入现代电力系统,对微秒级步长实时化电磁暂态仿真的需求不断增加,通过现场可编程门阵列（FPGA）提高仿真系统的计算能力是实现变流器实时化仿真的重要途径。引入FPGA作为硬件加速设备优化仿真系统的实时性能,提出一种变流器多速率实时仿真方法。针对控制系统多速率解耦和并行计算时序产生的误差进行分析,采用结合拉格朗日插值的改进线性插值算法有效降低了控制系统解耦后多速率并行仿真时序下的延迟误差。仿真结果证明,所提出的仿真方法与无插值算法的并行计算相比精度更高。性能分析验证了基于该算法所建立的仿真平台相比于单独基于中央处理器（CPU）或FPGA实现的仿真平台,在实时性能和资源占用率方面具有一定优势。     

考虑空载损耗的IPMSM半实物实时仿真测试

提出了一种基于数字化虚拟电机的半实物实时仿真测试方法。利用FPGA构建了考虑空载损耗的内置式永磁同步电机(IPMSM)以及基于同步状态机的逆变器的虚拟电机系统。虚拟电机系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。采用d SPACE作为控制器,搭建了基于IPMSM虚拟电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台。在四象限运行的车用电机实物平台上进行了电机的空载、负载工况下的矢量控制试验。通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟永磁同步电机系统的有效性和准确性。     

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。     

一种基于FPGA的高速电力电子实时仿真方法研究

为了实现高速电力电子系统的实时仿真,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速可重构实时仿真系统设计方法。通过RT-LAB实时仿真平台以及配套的FPGA开发工具建立了基于FPGA的高速电力电子仿真系统。在仿真算法上应用修改节点分析法以及高速开关器件的普约维奇等效法,为大规模高速高精度实时仿真提供了可靠的运行环境。为了验证系统有效性,利用基于FPGA的高速电力电子仿真系统搭建了光伏逆变器测试系统,研究了光伏并网系统运行状态。仿真结果验证了FPGA高速电力电子仿真系统在光伏入网系统实时仿真中的有效性及准确性。     

基于FPGA的三相逆变器实时仿真模型研究

在三相逆变器实时仿真模型中,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关模型的计算性能是影响逆变器模型实时运行的关键因素.此处利用IGBT等效电路模型分析了开关动作的动态过程,以及IGBT各极间寄生电容对动态过程的影响,并将动态过程划分为若干个阶段,建立了各阶段的计算模型;为减小模型的实时计算量,采用二次函数拟合各阶段的动态过程曲线,建立了 IGBT的电压、电流计算模型;基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现了IGBT模型的实时计算,并进行仿真分析与实验.仿真及实验结果表明,基于相同的脉宽调制(PWM)控制脉冲,此处设计的三相逆变器模型的输出电压波形质量优于Matlab自带的三相逆变器模型;所构建模型在FPGA核心板上的计算步长达到20 ns,验证了模型的实时计算性能.     

基于RTDS的光伏发电系统低电压穿越建模与控制策略

基于实时数字仿真器(RTDS)提出了一种光伏发电系统低电压穿越(LVRT)实时数字仿真方案。首先,通过RTDS的大步长模型和小步长模型构建了整套LVRT仿真平台,具体包括电压跌落发生器、光伏阵列、隔离变压器和光伏并网逆变器等。然后,设计了光伏并网逆变器在三相电网电压正常和对称跌落2种运行工况下的LVRT控制策略。最后,以一台250kW光伏并网逆变器为例,进行了LVRT仿真测试和现场检测实验。仿真和实验表明:该RTDS仿真平台能较好地模拟现场检测平台,且所述控制策略在LVRT过程中具有良好的动、静态特性。     

基于FPGA的虚拟异步电机系统的半实物实时仿真

提出一种基于数字化虚拟电机控制器的半实物实时仿真测试方法。利用现场可编门阵列(FPGA)建立三相异步电机及逆变器的虚拟电机系统模型,系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。在离线仿真环境MATLAB/Simulink中开发按转子磁链定向的矢量控制方法,实现RTW方式写入dSPACE控制器。搭建基于虚拟异步电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台,并完成测试。在全实物平台上实施异步电机空载/负载工况下的矢量控制试验,通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟异步电机系统的有效性和准确性。     

移动通信信道特性

文中采用Suzuki过程作为无线信道的基本模型,研究由于多径效应和阴影效应引起的信道时变特性,确定此信道模型的适用范围。并以此模型为基础,对不同调制技术的误码特性进行分析。     

基于Icepak的二次配电装置温度场仿真

依据二次配电装置实物,通过合理简化而建立热仿真模型,得到了温度分布,仿真结果与试验结果基本吻合,证明Icepak热仿真方法的可行性,对此后同类产品的热分析具有指导作用。     

接收装置抗互调干扰性能分析

文中通过对通信设备建模,对其接收装置进行抗干扰性能分析,预测其在互调干扰及镜像干扰下的抗干扰性能,最后依据受扰结果对镜像干扰下的系统进行电磁加固。文中的分析方法可以预测电子系统在电磁干扰环境下的抗干扰性能,对优化系统设计具有指导作用。     

一种双变换器UPS拓扑结构的研究

在分析现有串并联变换型UPS系统电路结构的基础上,指出了其在市电停电时存在效率不高以及开关损耗大等问题,提出一种新型UPS系统模型,对新型UPS工作原理进行了详细的分析.在Matlab6.5版的simulink环境中,对新型的UPS进行了仿真研究,仿真结果表明新型UPS系统在满足用电设备的要求下,降低了开关损耗,提高了系统的整体效率,从而改善了UPS系统的性能.     

数字仿真设备在继电保护测试中的应用及实例

通过数字仿真设备在继电保护产品测试中的具体应用 ,发现了 15型微机线路保护存在误选相的问题 ,并通过各种对比实验及动模实验进一步验证问题的存在。说明实时数字仿真技术用于继电保护装置全面、完整、真正闭环的测试将是一种发展趋势 ,能够与传统的动模实验优势互补 ,正逐步得到科研、制造、电力系统等广大继电保护工作者认同 ,有着良好的应用前景     

一种时间测量单元（TMU）的仿真及研究

文中重点探讨了ＩＣ交流时间参数的一种测量方法的基本原理，例如测试运算放大器的压摆率及比较器的时间延迟参数。推导了这种测量电路的数学模型，。用计算机进行了仿真并对仿真的结果进行了分析。     

电液比例阀的双闭环控制技术

针对干粉成型液压机下主缸响应慢、精度低的现状,设计了双闭环控制系统。进行了仿真分析及实验研究,证明了双闭环控制系统性能在响应时间及精度控制方面的优越性。     

自动调谐无源滤波器的仿真研究

提出了一种新型自动调谐的无源滤波器。该滤波器利用晶闸管控制电抗器 (TCR)作为可变电抗器 ,通过改变它的触发角来改变可变电抗器的等效电感 ,使滤波器在电容变化后重新回到谐振状态 ,从而实现无源滤波器的自动调谐。文中对该滤波器进行了理论分析和仿真     

基于dSPACE的大型风电机组系统控制器测试平台的研制

为了解决大型风电机组系统控制器的试验室闭环测试问题,利用硬件在环实时仿真技术,研制了基于dSPACE的全数字化测试平台。以一台1.5MW变速变桨双馈风电机组的控制为例,介绍了硬件在环测试平台的搭建过程。试验结果表明,开发的测试平台能够对系统控制器的起停运转、各种运行状态的控制和切换以及故障保护等功能进行有效的测试。     

基于dSPACE的大型风电机组系统控制器测试平台的研制

为了解决大型风电机组系统控制器的试验室闭环测试问题，利用硬件在环实时仿真技术，研制了基于dSPACE的全数字化测试平台。以一台1．5MW变速变桨双馈风电机组的控制为例，介绍了硬件在环测试平台的搭建过程。试验结果表明，开发的测试平台能够对系统控制器的起停运转、各种运行状态的控制和切换以及故障保护等功能进行有效的测试。