基于FPGA的电磁瞬态仿真器研究

作     者：刘志恒 孟晓凯 张帆 冉宁 LIU Zhiheng;MENG Xiaokai;ZHANG Fan;RAN Ning

作者机构：河北大学电子信息工程学院保定071002 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 国网山西省电力公司电力科学研究院太原032100 大连理工大学电气工程学院大连116024 

基　　金：河北省教育厅项目(QN2018040 QN2019202) 河北大学一省一校专项基金(801260201232)~~ 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2019年第45卷第7期

页      码：2046-2052页

摘      要：为了提高配电网故障电磁瞬态特性的实时仿真效率,避免复杂的现场可编程门阵列(field-programmable gatearray,FPGA)编程,本文研究了一种基于FPGA的自动实时电磁瞬态仿真器。首先通过综合改进的增广节点分析(modified augmented nodal analysis, MANA)方法和固定的导纳矩阵节点方法(fixed admittance matrix nodal method,FAMNM)构建了求解器;然后基于开关电导参数的最优选择,建立了高效的稀疏矩阵-向量乘法器;最后通过对三相配电网络中的单相接地故障后电磁瞬态特性进行测试,验证了仿真器的性能。实验结果表明:MANA-FAMNM的特殊结构可以实现极低的积分时间步长,并且避免了仿真器重新设计FPGA代码,该应用程序可直接用于不同的拓扑结构;仿真器能够实时精确地再现配电网故障中发生的电磁瞬态特性以及在传输线中传播的电磁波,FPGA-RTS仿真与软件EMTP-RV离线仿真的C相相电压值的最大误差约为0.006pu,完全满足工程应用的要求。该仿真器可以推广到工业实时嵌入系统中。

主 题 词：自动实时仿真 电磁瞬变 FPGA-RTS 矩阵-向量乘法器 求解器 单相接地故障 

学科分类：0808[工学-自动化类] 080802[080802] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.13336/j.1003-6520.hve.20190628003

馆 藏 号：203691942...