基于多FPGA的电力电子实时仿真系统

发布时间：2024-10-04 18:07

　　 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。

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【部分图文】：

图１实时仿真系统总体结构图Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ１３８

，软件仿真时采用ＣＰＵ进行数据运算处理，实时仿真也需要核心计算模块来进行数据处理，只是需要实时计算。本系统采用ＦＰＧＡ进行并行计算处理。为了尽可能增加各类接口的数量并方便各模块以及系统的扩容，本文将所有接口模块以及ＦＰＧＡ仿真模块设计成独立板卡式结构，分别有模拟输入（Ａ／Ｄ采样）....

图２ＦＰＧＡ仿真板卡结构图Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦＰＧＡｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｃａｒｄ

ｏＣ）及片上网络（ｎｅｔｗｏｒｋｏｎｃｈｉｐ，ＮｏＣ）上应用十分广泛，采用多ＦＰＧＡ级联时有多种互联拓扑结构［２１］，主要可分为固定连线的网络型（ｍｅｓｈ）和可编程的交叉开关型（ｃｒｏｓｓｂａｒ）两种。不同的拓扑互联结构不仅会对系统的运行速度产生重大影响，还影响着系统的容量及可扩....

图3实时仿真模型拓扑Fi}:3Topologyofreaftimesimulationmodel

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ图３实时仿真模型拓扑Ｆｉｇ．３Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ表２不同拓扑ＦＰＧＡ资源消耗情况Ｔａｂｌｅ２ＦＰＧＡｒｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ....

图４实时仿真系统与实际控制器连接图Ｆｉｇ．４Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅａｌｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ

ｆｆｅｒｅｎｔｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ电路拓扑资源消耗量／个ＬＥＩ／ＯＤＳＰ单相全桥逆变电路３４８０（３．０％）４（０．８％）２１（３．９％）１０ｋＶ的ＳＴＡＴＣＯＭ电路７４１４５（６４．８％）１４４（２７．３％）２１０（３９．５％）５实验验证与ＭＡＴＬＡＢ仿真对比分析为验证上文所提....

本文编号：4006994