[发明专利]一种电力系统电磁暂态实时仿真数据通信方法

说明书

本发明涉及一种电力系统电磁暂态实时仿真数据通信方法，包括以下步骤：步骤S1:根据电网中不同模块间的仿真速率要求的不同，将电网划分为大仿真步长子网和小仿真步长子网;步骤S2：将大仿真步长子网在Linux服务器上仿真，而小仿真步长子网在FPGA上仿真，通过服务器和FPGA间的数据交互，实现粗粒度并行的大小步长异构计算；步骤S3:在FPGA内部使用细粒度并行的设计，优化小步长子网仿真速率;步骤S4:设计符合条件的光纤通信方案、实时数据交互方案、接口硬件设计方案和通信协议帧,实现电力系统电磁暂态实时仿真数据通信。本发明实现了大电网电磁暂态实时仿真中大、小步长仿真系统之间的高速数据交互，有效保证计算与通信的稳定性与实时性。

技术领域

本发明涉及电力系统电磁暂态仿真领域，具体涉及一种电力系统电磁暂态实时仿真数据通信方法。

背景技术

设计基于 FPGA 的完整的电磁暂态仿真数据通信方案具有一些共性的挑战。由于每一种计算需要被划定到某个特定的硬件计算模块，各个模块并行工作。因此，在复杂的算法中，要找到内部的并行性，分别设计独立模块并通过互联模块交互数据并不容易，数据相关性问题使得算法并行有一定的困难。

目前基于 FPGA 进行电磁暂态仿真及相关通信方案研究已有很多，有的实时性比较好，但只针对单个器件进行仿真，远远无法支持大规模电网的仿真。有的受限于板间通信与数据同步问题而实时性较差。无法有效保证计算与通信的稳定性与实时性，已经达到了性能极限，无法通过系统优化大幅提升平台性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力系统电磁暂态实时仿真数据通信方法，解决了传统方案无法支持大规模电网的实时仿真需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统电磁暂态实时仿真数据通信方法，包括以下步骤：

步骤S1:根据电网中不同模块间的仿真速率要求的不同，将电网划分为大仿真步长子网和小仿真步长子网;

步骤S2：将大仿真步长子网在Linux服务器上仿真，而小仿真步长子网在FPGA上仿真，通过服务器和FPGA间的数据交互，实现粗粒度并行的大小步长异构计算；

步骤S3:在FPGA内部使用细粒度并行的设计，优化小步长子网仿真速率;

步骤S4:设计符合条件的光纤通信方案、实时数据交互方案、接口硬件设计方案和通信协议帧,实现电力系统电磁暂态实时仿真数据通信。

进一步的，所述步骤S2数据交互硬件结构具体为，Linux服务器连接PCI转光纤接口后通过光纤连接FPGA；所述FPGA通过光纤连接物理装置接口。

进一步的，所述光纤通信方案采用采用基于SFP和FPGA的高速串行通道GTH实现数据通信。

进一步的，所述FPGA的内置GTP/GTH通道将上层发来的数据进行编码、串并转换、预加重等操作后，变成一路串行信号通过板级布线发送给光电装换模块SFP，SFP将其转换成光信号发送出去，接收通路则反之。

进一步的，所述FPGA在链路层选用Xilinx提供的Aurora通信协议IP来实现链路层的数据通信。

进一步的，所述实时数据交互方案具体为：

(1)设大、小步长仿真系统实时交互周期为N个小步长仿真周期为例，大步长服务器需要在每N个周期中的第N-2个小步长周期结束之前，将仿真实时激励信号发送至小步长;

(2)小步长将收到的数据进行缓存，并在第N-1个小步长周期的固定时间段将数据放在总线上，之后UD,LC,CIS,CVS等元件利用接收到的新值进行下一步的仿真计算。