[发明专利]基于FPGA的MMC系统的仿真平台

说明书

本发明实施例涉及柔性直流输电仿真技术领域，公开了一种基于FPGA的MMC系统的仿真平台。其包括：上位机、CPU仿真器、FPGA仿真器以及MMC系统的外部控制或者保护装置；上位机、CPU仿真器以及FPGA仿真器依次相连，FPGA仿真器还通信连接外部控制或者保护装置；上位机用于搭建MMC系统的系统仿真模型，并用于将系统仿真模型分别传输至CPU仿真器以及FPGA仿真器；系统仿真模型包括MMC系统的至少两个换流站的所有一次设备仿真模型、换流阀仿真模型以及极控制或者站控制仿真模型；上位机还用于控制CPU仿真器运行极控制或者站控制仿真模型，并用于控制FPGA仿真器实时运行所有一次设备仿真模型、换流阀仿真模型，以实现外部控制或者保护装置的硬件在环测试。本发明可实现实时仿真以及行波保护的硬件在环测试。

技术领域

本发明实施例涉及柔性直流输电仿真技术领域，特别涉及一种基于FPGA的MMC系统的仿真平台。

背景技术

随着大容量远距离柔性直流输电技术的发展，为保证直流输电系统的安全高效运行，直流线路上任何一点发生短路，无论是金属性短路抑或是高阻接地短路，都应当被及时、准确地检测和清除。将行波保护作为高压直流HVDC(High-Voltage Direct Current，)系统直流线路保护的主保护，符合高压直流输电线路故障特征并具有绝对的优越性。因此，选择一种合适的行波故障保护定位装置测试方法至关重要。

现有的行波保护算法验证大多停留在离线仿真阶段，即，通过离线仿真软件搭建MMC(Modular Multi-level Converter，模块化多电平，简称MMC)模型，触发直流线路故障，将故障前后波形保存，离线提取、分析数据，进行行波验证。

另外，现有实时继电保护仿真测试平台大多为基于CPU或CPU+FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列，简称FPGA)的仿真器。基于CPU仿真器的MMC模型整体仿真步长一般为几十到上百微秒。基于CPU+FPGA仿真器的模型一般部分主电路在CPU中仿真，仿真步长几十微秒，部分主电路在FPGA中仿真，仿真步长为几百纳秒，CPU与FPGA之间存在较大的数据更新延迟。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前离线仿真中，模型无法与实际装置连接，无法进行半实物测试。基于CPU+FPGA的实时仿真平台主电路运行在CPU中，仿真步长较大，搭建的模型不能准确仿真故障时刻线路行波特性，无法达到对行波故障定位装置的全面在环测试。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种基于FPGA的MMC系统的仿真平台，通过将整个MMC系统的所有一次设备以及阀控均采用FPGA进行仿真，从而可实现实时仿真以及行波保护的硬件在环测试。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于FPGA的MMC系统的仿真平台，包括：上位机、CPU仿真器、FPGA仿真器以及所述MMC系统的外部控制或者保护装置；所述上位机、CPU仿真器以及FPGA仿真器依次相连；所述上位机用于搭建所述MMC系统的系统仿真模型，并用于将所述系统仿真模型分别传输至所述CPU仿真器以及所述FPGA仿真器；其中，所述系统仿真模型包括所述MMC系统的至少两个换流站的所有一次设备仿真模型、换流阀仿真模型以及极控制或者站控制仿真模型；所述CPU仿真器用于运行所述极控制或者站控制仿真模型；所述FPGA仿真器还通信连接所述外部控制或者保护装置，并用于实时运行所述所有一次设备仿真模型、换流阀仿真模型，以实现所述外部控制或者保护装置的硬件在环测试。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于MMC系统的所有一次设备以及换流阀均采用FPGA进行仿真，仿真步长可以达到几百纳秒，所以可以准确仿真故障时刻线路行波特性仿真模型，实现行波保护的硬件在环测试。