分布式電源、電動(dòng)汽車及需求側(cè)響應(yīng)資源的廣泛接入使有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性變得更加復(fù)雜。對基于實(shí)時(shí)仿真的有源配電網(wǎng)硬件在環(huán)仿真提出了新的需求和挑戰(zhàn)�；贔PGA（field programmable gate array）的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器具有仿真步長小、仿真精度高、I/O接口豐富、易于擴(kuò)展、成本低等優(yōu)點(diǎn)。面向基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器的多種通信需求,以FPGA自身硬件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),提出了基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真I/O接口的設(shè)計(jì)框架,并設(shè)計(jì)了用于接收外部設(shè)備模擬信號(hào)、具有數(shù)字濾波功能的高精度通用A/D接口,用于仿真結(jié)果輸出的通用D/A接口以及用于實(shí)現(xiàn)多FPGA全雙工通信的高速光模塊接口。同時(shí),針對含光伏發(fā)電的有源配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了3μs步長的實(shí)時(shí)仿真測試,其光照強(qiáng)度信號(hào)由光照采集器通過A/D接口輸入到仿真器中,仿真結(jié)果經(jīng)由D/A接口輸出到示波器顯示,通過與PSCAD/EMTDC軟件仿真結(jié)果的對比,充分驗(yàn)證了I/O接口設(shè)計(jì)的有效性和正確性。 

【文章來源】：中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2017,37(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

/D接口設(shè)計(jì)

鑰闖觶現(xiàn)IR濾波的運(yùn)算可以充分利用FPGA的高度并行結(jié)構(gòu)和流水線工作方式，如圖4所示，由乘法器和加法器實(shí)現(xiàn)。仿真開始時(shí)，仿真器由轉(zhuǎn)換時(shí)鐘控制持續(xù)接收A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并通過流水線的工作模式將數(shù)據(jù)窗長為n的轉(zhuǎn)換結(jié)果存入到RAMx中，濾波開始時(shí)，將從RAMx中讀取的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)x和從ROMh讀取對應(yīng)的抽頭系數(shù)h進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算，求出該時(shí)刻的濾波結(jié)果y，并RAMxRAMhRAMxRAMhRAMy10()()()Niynhixni==∑h(n1)x(1)h(0)x(n)y(n)××+開始信號(hào)FIR濾波實(shí)現(xiàn)模塊圖4FIR濾波的設(shè)計(jì)Fig.4DesignoftheFIRfilter

第12期李鵬等：基于FPGA的有源配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器I/O接口設(shè)計(jì)3413存入到RAMy。每完成一次FIR濾波，需要進(jìn)N次乘法和N1次加法。2.3D/A接口為實(shí)現(xiàn)將實(shí)時(shí)仿真器的數(shù)字量仿真結(jié)果輸出到外部模擬設(shè)備中進(jìn)行處理和分析，本文設(shè)計(jì)了一種高速通用的D/A接口。D/A板卡的驅(qū)動(dòng)及仿真接口設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5D/A接口設(shè)計(jì)Fig.5DesignoftheD/Aconverterinterface其中，D/A芯片由D/A驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘clk_da驅(qū)動(dòng)，D/A使能信號(hào)oe_da由FPGA給出，確保了D/A板卡能夠持續(xù)將數(shù)字形式的仿真結(jié)果輸入到D/A芯片中，轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)并輸出到外部的模擬設(shè)備中�？紤]到仿真器輸出的數(shù)字信號(hào)out_ch為單精度浮點(diǎn)數(shù)，需先將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合D/A芯片位數(shù)的定點(diǎn)數(shù)，再輸出到D/A芯片中。同時(shí)，將寫地址設(shè)置成循環(huán)狀態(tài)，使得仿真結(jié)果不斷被寫入到雙速率RAM中，而D/A芯片將根據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘clk_ad適時(shí)地讀取已寫入的數(shù)據(jù)。采用雙速率RAM是為了實(shí)現(xiàn)仿真時(shí)鐘域和D/A時(shí)鐘域的對接。在每個(gè)仿真時(shí)步的開始，浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換模塊因檢測到開始信號(hào)sta拉高而工作，從而確保仿真器輸出的數(shù)字信號(hào)out_ch被轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)數(shù)信號(hào)。而雙速率RAM工作原理同前文相似，這里將不再贅述。待數(shù)據(jù)存入雙速率RAM后，D/A芯片將讀取對應(yīng)該時(shí)步的定點(diǎn)數(shù)形式的仿真結(jié)果，并將轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)輸出到外部的模擬設(shè)備中去。2.4光模塊接口考慮到光纖技術(shù)在通訊能力和抗干擾方面的優(yōu)勢，本文設(shè)計(jì)了一種用于多FPGA全雙工通信的光模塊接口。該接口可以完成FPGA內(nèi)部電信號(hào)和外部光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多FPGA間的高速數(shù)字信號(hào)傳輸。1）光模塊接口的物理連接設(shè)計(jì)�？紤]到基于多FPGA的有源配電網(wǎng)暫態(tài)仿真對高速率、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通訊的要求，本文選用高速可插拔QSFP(quadsmallform-factorpluggable)光收

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3552798