隨著電力系統(tǒng)中電力電子器件的廣泛應(yīng)用,對(duì)于小步長(zhǎng)（≤2μs）電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真的需求逐漸增加。此時(shí),單獨(dú)依靠CPU已難以滿足其要求,轉(zhuǎn)而結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）來(lái)實(shí)現(xiàn)是一大趨勢(shì)。搭建了適用于虛擬同步并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的CPU-FPGA異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)。其中,FPGA電路部分采用優(yōu)化EMTP （Electro-Magnetic Transient Program）流程實(shí)現(xiàn),綜合利用恒導(dǎo)納開關(guān)建模、支路拆分并行處理及矩陣化流程計(jì)算來(lái)優(yōu)化仿真實(shí)時(shí)性能。CPU控制部分采用虛擬同步控制,并設(shè)計(jì)了與FPGA異步通信的數(shù)據(jù)交互接口。最后,針對(duì)該并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行小步長(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真,與Simulink離線仿真結(jié)果相對(duì)比,同時(shí)分析平臺(tái)實(shí)時(shí)性能與FPGA上資源消耗,驗(yàn)證了基于所提平臺(tái)實(shí)現(xiàn)虛擬同步并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的準(zhǔn)確性與有效性。 

【文章來(lái)源】：電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2020,48(14)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

傳統(tǒng)EMTP算法示意圖

另外，按支路類型做拆分并行計(jì)算。以計(jì)算支路歷史電流Ih環(huán)節(jié)為例，如圖3(左)所示，在傳統(tǒng)EMTP算法中，通過遍歷支路來(lái)串行地計(jì)算各支路歷史電流。然而，注意到拓?fù)湟坏┐_定(編號(hào)固定)，各支路的類型也即確定，那么完全可以在開始仿真之前就將所有支路按類型進(jìn)行拆分，后續(xù)計(jì)算即按類型各自獨(dú)立計(jì)算。此時(shí)，各部分支路類型一致，計(jì)算方式一致，便可以做批量計(jì)算，如圖3(右)所示。圖中，將支路按電阻R、電感L、電容C、開關(guān)SW和電源SC等進(jìn)行拆分，最終得到各支路類型對(duì)應(yīng)的Ih分量集合{Ih}�；谥奉愋筒鸱植⑿刑幚恚梢悦黠@提升算法的并行度，改善實(shí)時(shí)性能。同時(shí)，采用支路拆分處理還能解決前述定點(diǎn)數(shù)據(jù)類型問題，各支路類型分量可分別選用合適的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，從而能減少計(jì)算資源消耗和計(jì)算時(shí)間，優(yōu)化定時(shí)。

同時(shí)，為配合前級(jí)Ih環(huán)節(jié)的支路拆分并行運(yùn)算，這里關(guān)聯(lián)矩陣也需按支路拆分。此時(shí)，原始規(guī)模的矩陣運(yùn)算拆成了若干較小規(guī)模矩陣運(yùn)算的并行處理，進(jìn)一步提升了算法并行度與仿真效率。另外，結(jié)合支路拆分并行處理，還能避免各計(jì)算環(huán)節(jié)中無(wú)關(guān)支路的冗余計(jì)算。綜合上述流程優(yōu)化處理，可設(shè)計(jì)完整的優(yōu)化EMTP算法流程，如圖5所示。


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