[发明专利]一种适用于FPGA的模块化多电平换流器实时仿真方法

摘要

本发明提出了一种适用于FPGA的模块化多电平换流器实时仿真方法，根据替代桥臂等效电路模型将解耦的模块化多电平换流器电路在FPGA上实现实时仿真计算。利用替代桥臂等效电路模型中子模块等效计算过程与桥臂等效电感计算过程无耦合的特点实现了计算步骤的并行；同时通过设计一个专用的浮点数累加电路处理子模块串合并过程，实现了浮点数精度的子模块电压电阻数据累加，确保了可以在满足FPGA平台硬件资源约束的同时，获得较高的计算精度。本发明系统框架清晰明确，控制逻辑简单有效，实现方便，适用于模块化多电平换流器在FPGA等并行架构平台上的电磁暂态实时仿真计算。

主权项

1.一种适用于FPGA的模块化多电平换流器实时仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据传输线法将多电平换流器主电路与外围电路解耦，建立基于替代电路的多电平换流器桥臂等效模型以进行模块化多电平换流器主电路仿真；将多电平换流器桥臂等效模型的计算分解为四个模块：子模块更新模块、子模块合并模块、桥臂接口计算模块和桥臂等效电路更新模块；步骤S2，建立FPGA与服务器的通信链路；步骤S3，建立FPGA与外围电路仿真系统的通信链路；步骤S4，建立FPGA与外部控制器的通信链路；步骤S5，FPGA与服务器进行通信，获取模块化多电平换流器主电路仿真需要的初始化数据；所述初始化数据包括：‑多电平换流器桥臂等效模型中的子模块个数；‑每个子模块的等效电压、等效电阻和触发状态；‑多电平换流器桥臂等效模型的桥臂等效传输线接口对侧电压和电流，；‑多电平换流器桥臂等效模型的桥臂等效电感；步骤S6，在子模块更新模块中，FPGA根据上一时步的多电平换流器桥臂等效模型的桥臂节点电压以及桥臂等效支路电流更新每个子模块的等效电压和等效电阻值；步骤S7，在子模块合并模块中，FPGA将子模块的等效电压和等效电阻按照工作状态分组进行合并，得到桥臂子模块串等效电路的累加电压和累加电阻值；步骤S8，在桥臂接口计算模块中，根据桥臂等效传输线接口对侧电压和电流进行计算更新桥臂等效传输线接口电压和电流值；步骤S9，在桥臂等效电路更新模块中，根据桥臂等效支路电流和上一时步的桥臂等效电感更新本时步的桥臂等效电感值；步骤S10，在桥臂等效电路更新模块中，FPGA使用步骤S7、步骤S8和步骤S9更新的数据结果计算更新每个多电平换流器桥臂等效模型各自的桥臂节点电压以及桥臂等效支路电流值；步骤S11，待步骤S10计算完成后，FPGA与外围电路仿真系统进行数据交互，多电平换流器桥臂等效模型发送更新后的桥臂等效传输线接口电压和桥臂等效传输线接口电流到外围电路仿真系统作为一个戴维南等效电路参与外围电路仿真系统的计算；步骤S12，FPGA与外部控制器进行数据交互，外部控制器发送新的子模块触发信号给FPGA，多电平换流器桥臂等效模型发送更新后的子模块触发状态、子模块等效电压以及每个多电平换流器桥臂等效模型的桥臂等效支路电流给外部控制器。