[发明专利]基于FPGA的双馈风力电机电磁暂态仿真方法和仿真系统

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的双馈风力电机的电磁暂态仿真方法和仿真系统，属于电力系统仿真技术领域和硬件计算加速领域。该发明根据风力电机的等效电路模型将解耦后的双馈风力电机电路在FPGA上进行实时仿真；并利用HLS高层次综合技术快速实现风力电机的参数更新模块，缩短了硬件系统的开发周期；同时通过在参数更新模块使用单精度浮点数进行仿真计算，在保持较高计算精度的同时，减少FPGA硬件资源的使用率；通过采用Park变换，减少了参数更新区的重复计算，进一步降低了硬件资源消耗。本发明系统框架清晰明确，便于移植扩展，并且仿真性能优越，可实现实时仿真，因此特别适用于双馈风力电机在FPGA并行架构平台上的电磁暂态实时仿真计算。

主权项

1.一种基于FPGA的双馈风力电机的电磁暂态仿真方法，其特征在于，方法包含以下步骤：步骤1，服务器端发送配置参数和初始化数据，FPGA端对这些数据进行解析存储，具体过程如下：步骤1‑1，FPGA与服务器建立通信链路，通过Aurora协议进行数据交互；步骤1‑2，FPGA与服务器进行通信，获取含有双馈风力电机的主电路仿真需要的配置参数和初始化数据；其中，配置参数和初始化数据包括：‑仿真网络的网络节点初始化电压数据；‑仿真的双馈风力电机个数；‑仿真网络中每个风机所在的及网络节点编号信息；‑每个风力电机的质量块数目、转子所处质量块的位置、定子电阻、定子d轴初始电压、定子q轴初始电压和定子q轴初始电流；步骤1‑3，从系统总线上获取仿真网络的初始化数据，将网络矩阵个数、系统子网个数、仿真时长、网络初始节点电压数组、网络初始节点电流数组存储在公共存储区；步骤1‑4，从系统总线上获取双馈风力电机的初始化数据，将风力电机元件数目、仿真角频率、风力电机质量块数目、转子所处质量块的位置存储在风力电机数据存储模块的全局变量区，将定子d轴电压、定子q轴电压、定子0轴电压、定子d轴旋转电势、定子d轴电流、定子q轴旋转电势、定子q轴电流、转子d轴电压、转子q轴电压、转子0轴电压存储在风力电机数据存储模块的状态变量区，将风力电机的计算角度、风力电机的电磁转矩、风力电机的机械转矩、风力电机的各质量块的机械功率分配比例存储在风力电机数据存储模块的非状态变量区；步骤2，双馈风力电机的电磁暂态仿真部分包含四个模块：内部存储模块、控制模块、风力电机参数更新模块和内部电流合并模块；风力电机参数更新模块根据节点编号获取网络节点电压，并通过Park矩阵变换计算得到当前仿真步长的风力电机的定子d轴电压、定子q轴电压、定子0轴电压值；步骤3，风力电机参数更新模块根据定子0轴电压和定子0轴阻抗计算得到当前仿真步长的定子0轴电流值；步骤4，风力电机参数更新模块更新当前仿真步长的定子d轴电流和定子q轴电流值；步骤5，风力电机参数更新模块进行转动方程求解，具体过程如下：步骤5‑1，更新计算当前仿真步长的定子磁链与转子磁链；步骤5‑2，更新计算当前仿真步长的电机机械转矩及电磁转矩；步骤5‑3，更新计算当前仿真步长的转子角速度，步骤6，循环执行步骤5‑1到步骤5‑3，直到当前仿真步长的转子角速度收敛；步骤7，风力电机参数更新模块更新当前仿真步长的转子角速度预测值；步骤8，风力电机参数更新模块根据定子d轴电流、定子q轴电流、定子0轴电流计算得到当前仿真步长的定子a轴电流、定子b轴电流、定子c轴电流值；并根据转子角度和转子电流更新计算当前仿真步长的转子三相电流值；步骤9，风力电机参数更新模块更新当前仿真步长的风力电机的等值并联电流源值；步骤10，风力电机节点电流合并模块对当前仿真步长的所有风力电机的等值并联电流源进行合并；步骤11，完成风力电机的等效支路电流与其它元件的等效电流源的合并，得到更新后的网络节点电流；步骤12，通过对网络导纳矩阵与网络节点电流进行矩阵向量乘计算，得到更新后的网络节点电压值；步骤13，判断当前仿真步长是否到达设定的仿真结束步长，若是，则结束仿真；否则，返回步骤2进行迭代计算。