CN110188444A - 一种适用于mmc实时仿真的方法 - Google Patents

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王乐
冯谟可
许建中
宗炫君
邹盛
周洪伟
赵成勇
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Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种基于CPU/FPGA的MMC实时仿真的方法，属于输配电实时仿真技术领域。本发明基于现有MMC实时仿真中一种快速排序均压算法，将串、并复用结构引入FPGA程序中，从而达到MMC实时仿真单步长所耗时间和FPGA资源使用率的折中。本发明的核心技术方案是：首先，通过通讯从CPU获取当前步长下FPGA程序计算所需的MMC三相六桥臂电流和桥臂子模块导通个数值，其次，以流水线的形式将六个桥臂的子模块电容电压输入阀级控制器模块，分别确定六个桥臂的子模块的通断状态，最后，六个桥臂利用FPGA的并行计算能力同时进行桥臂子模块电容电压的更新和桥臂戴维南等效电压的计算，并将桥臂戴维南等效电压值发送给CPU,完成一个步长下的计算。

Description

一种适用于MMC实时仿真的方法
技术领域
本发明属于实时仿真技术领域，尤其涉及一种适用于MMC实时仿真的方法。
背景技术
模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有开关频率低，波形谐波含量少、扩展性好等优点，正成为研究热点，并推向工程化。
MMC的实时仿真相对于在仿真软件上的离线仿真，更接近于工程实际，可用于实际工程投运前的控制器的测试。因此，MMC的实时仿真具有重要的工程意义。但由于MMC的每一个桥臂含有大量的子模块，每一个子模块中又包含若干电力电子器件，且不同子模块的开关器件不是同时动作。因此，如何在MMC实时仿真单步长所耗时间和FPGA资源使用率取得折中，现有研究涉及较少。
发明内容
针对上述背景技术中提到的MMC实时仿真中遇到的问题，本发明基于现有MMC实时仿真中一种快速排序均压算法，将串、并复用结构引入FPGA程序中，在实现MMC的实时化时兼顾FPGA资源的使用。
本发明的技术方案的特征包括以下步骤：
步骤1：基于CPU和FPGA的通讯协议得到当前步长下MMC三相六桥臂的桥臂电流和桥臂导通子模块个数。
步骤2：将MMC三相六桥臂的桥臂子模块电容电压以流水线的形式输入排序均压模块，经过排序后，按照从小到大的顺序得到MMC六个桥臂子模块序号的排列表并放到相应的寄存器数组中。
步骤3：通过FPGA相应的寄存器中取出桥臂电流、桥臂导通个数和桥臂子模块序号排列表等数据，得到每一个桥臂所有子模块的通断情况。
步骤4：根据每一个桥臂的子模块通断状态，以流水线的形式得到桥臂每一个子模块电容电压的更新值和桥臂戴维南等效电压值，并将桥臂戴维南等效电压发送给CPU，完成单步长的MMC实时仿真计算。
本发明通过四个步骤，能够实现MMC换流阀的实时仿真，并能实现FPGA资源的复用。
附图说明
图1为基于CPU/FPGA的MMC实时仿真整体框图,在一个仿真步长内,CPU须将MMC三相六桥臂的桥臂电流Iarm和对应的桥臂导通的子模块个数Narm发给FPGA,FPGA计算完成后把桥臂戴维南等效电压值Uarm返还给CPU,完成一个步长的计算。
图2为MMC实时仿真FPGA部分数据流程图，其中Ucij(i＝a,b,c；j＝p,n)为桥臂子模块电容电压值数组，SNij(i＝a,b,c；j＝p,n)为子模块电容电压排完序后的子模块序号的数组，排序模块是进行桥臂子模块电容电压排序使用的模块，计算模块是用来进行每一个桥臂中子模块电容电压的更新和桥臂戴维南等效电压的计算。桥臂电流Iarm和桥臂导通子模块个数Uarm为从CPU传过来的MMC三相六桥臂的值。
具体实施方式
下面将对本发明涉及的一种适用于MMC实时仿真的方法作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明所要解决的技术问题基于现有MMC实时仿真中一种快速排序均压算法，将串、并复用结构引入FPGA程序中，在实现MMC的实时化时兼顾FPGA资源的使用。本发明采用如下技术方案实现：
步骤1：基于CPU和FPGA的通讯协议得到当前步长下MMC三相六桥臂的桥臂电流Iarm和桥臂导通子模块个数Uarm值，具体见说明书附图1所示。
步骤2：将MMC三相六桥臂的桥臂子模块电容电压Ucij(i＝a,b,c；j＝p,n)以流水线的形式输入排序模块，具体见说明书附图2中的标注串行的位置，经过排序模块后，按照从小到大的顺序得到MMC六个桥臂子模块序号的排列表SN(i＝a,b,c；j＝p,n),并放到相应的寄存器数组中。
步骤3：通过FPGA相应的寄存器中取出桥臂电流、桥臂导通个数和桥臂子模块序号排列表等数据，得到每一个桥臂所有子模块的通断情况，这一部分包含在说明书附图中图2的计算模块里。
步骤4：根据每一个桥臂的子模块通断状态，以流水线的形式得到桥臂每一个子模块电容电压的更新值和桥臂戴维南等效电压值，并将桥臂戴维南等效电压发送给CPU，完成单步长的MMC实时仿真计算。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种适用于MMC实时仿真的方法，其特征是通过FPGA的高度并行结构以及流水线架构，实现阀级控制器中桥臂子模块电容电压的更新和桥臂戴维南等效电压的计算，进而实现MMC换流阀的实时仿真，包括以下步骤：
步骤1：通过通讯协议从CPU处得到当前步长下的MMC三相六桥臂的桥臂电流和桥臂导通子模块个数。
步骤2：将MMC三相六桥臂的桥臂子模块电容电压以流水线的形式输入排序均压模块，按照从小到大的顺序得到六个桥臂子模块序号的排列表。
步骤3：由桥臂电流、桥臂导通个数和桥臂子模块序号排列表得到每一个桥臂所有子模块的通断情况。
步骤4：已知每一个桥臂的子模块通断状态得到桥臂子模块电容电压的更新和桥臂戴维南等效电压，并发送给CPU，完成单步长的MMC实时仿真计算。
2.基于权利要求1中的所述的一种适用于MMC实时仿真的方法，其特征是步骤1，2，3和4整体作为发明内容，使得能够实现MMC的实时仿真，且在MMC实时仿真单步长所耗时间和FPGA资源使用率中取得折中。四个步骤为有机的不可分割的整体。
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