[发明专利]适用于现场可编程逻辑阵列的改进电磁暂态仿真方法

摘要

一种适用于现场可编程逻辑阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的改进电磁暂态仿真方法，在其初始化阶段，将待仿真电路的拓扑参数整合进两个矩阵参数，在其仿真循环主体部分，只需进行简单的矩阵乘法运算，即可得到每一个仿真时刻上的电压电流信息。本发明避免了在现场可编程逻辑阵列中进行复杂的初始化操作，同时最大限度地压缩了FPGA中仿真循环主体部分的流程，大幅提升了基于FPGA的电磁暂态仿真效率。

主权项

1.一种适用于现场可编程逻辑阵列的改进电磁暂态仿真方法，其特征在于该方法包括初始化阶段和仿真循环阶段，具体步骤如下：/n初始化阶段，在上位机PC中完成：/n步骤1)将待仿真电路中的支路和节点分别依次进行编号，其中接地节点的编号为0；/n步骤2)根据以下规则形成待仿真电路的关联矩阵M：/n2.1)如果支路p和节点q相连，且支路p定义的电流正方向是流出节点q，则M(q,p)＝1；/n2.2)如果支路p和节点q相连，且支路p定义的电流正方向是流入节点q，则M(q,p)＝-1；/n2.3)如果支路p和节点q不相连，则M(q,p)＝0；/n步骤3)按照以下子步骤形成待仿真电路的支路等效导纳向量Y_eq、节点导纳矩阵Y_n、历史电流源表达式的电压系数矩阵α和电流系数矩阵β：/n3.1)将各个电阻支路、电感支路、电容支路和开关支路，分别用其伴随电路模型替换，每个伴随电路分别包含一个等效导纳和一个并联的历史电流源；/n3.2)独立电压源支路和独立电流源支路都用诺顿等效电路表示，每个诺顿等效电路包含一个等效导纳和一个并联的等效电流源；/n3.3)将所有支路的等效导纳按支路编号组成支路等效导纳列向量Y_eq，将所有支路的历史电流源按支路编号组成支路历史电流源列向量I_his，将所有支路的等效电流源按支路编号组成支路等效电流源列向量I_src，对于电阻、电感、电容和开关支路，其在I_src中对应位置的元素为零，对于独立电压源和独立电流源支路，其在I_his中对应位置的元素为零；/n3.4)根据各个支路的等效导纳，计算待仿真电路的节点导纳矩阵Y_n；/n3.5)计算历史电流源表达式的电压系数矩阵α和电流系数矩阵β，公式如下：/n /n其中，为第n+1个仿真时刻的历史电流源向量，为第n个仿真时刻的支路电压向量，为第n个仿真时刻的支路电流向量；/n步骤4)根据待仿真电路的关联矩阵M、支路等效导纳向量Y_eq和节点导纳矩阵Y_n，形成节点电压/支路电流系数矩阵P和历史电流源系数矩阵Q：/n /n /n其中，是节点导纳矩阵的逆矩阵，M^T是关联矩阵的转置矩阵，I是维度为N_brn*N_brn的单位矩阵，N_brn为待仿真电路支路数；/n步骤5)将初始历史电流源向量置零，当前仿真时刻n置1，初始化阶段完成；/n仿真循环阶段，在现场可编程逻辑阵列FPGA中完成：/n步骤6)根据当前仿真时刻的历史电流源向量和等效电流源向量计算当前仿真时刻的节点电压向量和支路电流向量并更新下一仿真时刻的历史电流源向量公式如下：/n /n /n其中，等效电流源向量是随独立电压源、独立电流源的大小自动更新，对角阵α和β中开关支路对应的对角元素随开关状态即时变化，而其他元素固定不变；/n步骤7)当前仿真时刻n＝n+1，返回步骤6)，重复运行，直到指定的仿真时刻或收到提前终止的指令时，仿真结束。/n