CN110232227B - 基于fpga的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，充分发挥了FPGA流水线求解架构的计算优势，通过对风电场中的同种类风机模型中的多条并行求解指令流采用超标量流水线求解，实现了在有限硬件资源下对风电场的高效精确实时仿真，有效地提高了基于FPGA的风电场实时仿真器的仿真效率和资源利用率，为实现基于FPGA的更大规模风电场的实时仿真奠定了基础。

Description

基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法
技术领域
本发明涉及一种仿真器超标量流水线设计方法。特别是涉及一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法。
背景技术
近年来，风力发电在电力系统中的渗透率日益增高，风电场与电网之间的相互影响也受到越来越多的关注。由于风电场往往位于距离负荷中心较远的电网边缘地区，风速和湍流强度的波动会引起风电机组吸收大量的无功功率，导致电网出现电压稳定问题；当电力系统发生故障而使风机作故障穿越运行时，风电场的输出功率被急剧削减，较大的机械与电气压力将可能导致风机失控。随着风电场装机容量的日益增大，风电场与电力系统间的这种相互影响愈加显著，必须借助有效的仿真工具来经济、高效、准确地研究并网风电场的运行特性。尽管离线电磁暂态仿真可以细致全面地模拟出风电场与电网在各种扰动下的相互影响，然而，对并网风电场的快速电磁暂态仿真仍旧需要实时仿真的手段，特别是长时间模拟并网风电场在各种扰动下的复杂动静态特性。风电场实时仿真可以在小于或等于步长所对应的物理时间内完成每个步长中的计算任务，从而能够与现实环境同步模拟出风电场的动态过程。更重要的是，风电场实时仿真具备硬件在环的能力，通过将实时仿真器与风电场中的实际物理设备相连，能够对各种保护装置和控制设备等进行在线测试，有效降低研发及试验成本，避免待测设备对实际风电场的影响。
然而，风电场日益庞大的仿真规模和种类多样的电力电子设备对实时仿真器的仿真精度、计算速度和硬件资源提出了严峻的挑战。在风电场中，各种风机控制设备的数学模型具有较强的非线性，对非线性系统的处理增大了实时仿真器的求解规模，同时，风电场与日俱增的建设规模也使仿真规模变得更加庞大；另外，换流器等高频电力电子设备的存在会带来数值震荡等一系列问题，对该类元件的精确仿真通常需要较小的仿真步长。这种仿真求解规模与仿真步长之间的矛盾给风电场仿真的实时性带来了极大的考验，也为实时仿真器的硬件资源带来了严重的负担。
基于CPU或DSP等串行硬件的实时仿真器囿于处理速度和物理结构的限制，难以实现较小步长下对风电场的实时仿真，而基于FPGA的计算求解为风电场的实时仿真提供了一种新的思路。作为现代最先进的可编程逻辑器件，FPGA集成了大量的布线资源以及丰富的逻辑阵列模块，通过将高密集型的计算任务划分为由海量小型处理单元来求解的基本运算，FPGA可以实现数据的深度并行处理；同时，FPGA采用了流水线处理的求解架构，有效提高了数据计算的运行速度和数据吞吐量，增强了FPGA的密集型数据处理能力。FPGA的这些硬件结构特征为风电场实时仿真器的高效精确求解奠定了坚实的基础。
为了在基于FPGA的实时仿真器中实现对风电场的精确仿真，有研究者提出了通过采用处理器集群的思想，来提升风电场实时仿真器的仿真性能，然而多处理器带来的较高成本对于大规模风电场实时仿真而言，仍是一个不小的挑战。另外，虽然风电场中的风机数量众多，但风机类型较为单一，并且每类风机模型可以解耦为多条并行求解流程，这尤其适合采用超标量流水线对风电场进行仿真求解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，充分发挥FPGA流水线处理架构的技术优势，在满足实时仿真精度的同时，能够实现在有限硬件资源下对风电场的高效仿真求解，为大规模风电场的实时仿真奠定了坚实的基础。
本发明所采用的技术方案是：一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，包括如下步骤：
1)在基于FPGA的风电场实时仿真器的上位机中，将具有相同数学模型的风电场依据拓扑连接关系和FPGA的计算资源划分为N个风机子系统，N>1且为正整数，每个风机子系统有P条并行线性流水线和Q条并行非线性流水线，每条流水线中的运算指令分为单输入单输出和双输入单输出两种类型，每条指令包含f个指令操作，f为正整数，每个指令操作需要实时仿真器的一个时钟周期Δs的执行时间，定义风机子系统中参与线性流水线的第一条运算指令的数据为线性初始运算数据，参与非线性流水线的第一条运算指令的数据为非线性初始运算数据，设定实时仿真器的全局统一仿真步长为Δt，实时仿真器的时钟周期为Δs，每个仿真步长Δt内共有I个时钟周期；
2)对各风机子系统进行编号，读取各风机子系统中电气元件的基本参数形成电气部分的节点电导矩阵，读取各风机子系统中风机模型的控制参数形成控制部分的计算矩阵，将各子系统的节点电导矩阵、控制部分计算矩阵以及各子系统中风机的启动转矩和风速两个运行参数信息下载至风电场实时仿真器的FPGA资源中；
3)初始化风电场实时仿真器，在仿真时刻为t＝0时启动仿真；
4)仿真时间向前推进一个步长，t＝t+Δt，令该仿真步长内的时钟周期序号i＝1；
5)在仿真步长Δt的第i个时钟周期Δsi内，风电场实时仿真器进行如下操作：若i＝1，则第i个风机子系统进行初始化操作；若2≤i≤N，则第i个风机子系统进行初始化操作，同时，第1至第i-1个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；若N<i≤I，则N个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；
6)仿真时间向前推进一个时钟周期，时钟周期序号i＝i+1；
7)对实时仿真器进行每一仿真步长的仿真结束校验，若当前步长的仿真未结束，返回步骤5)，否则进行下一步骤；
8)判断时钟周期序号i与每个仿真步长内的时钟周期总数I的大小关系，若i≤I，返回步骤6)，否则进行下一步骤；
9)判断仿真时间t是否达到设定的仿真终了时刻T，如达到设定的仿真终了时刻T，则仿真结束，否则返回步骤4)。
步骤1)中所述的线性流水线是指：流水线中的各级流水段串行连接，数据在流水线中流过时，每一级流水段都流过一次且仅流过一次；所述的非线性流水线是指：流水线中的各级流水段除有串行连接外，还有前馈和反馈回路。
步骤5)中所述的流水线形式是指：多个风机子系统同时执行求解指令流上不同的指令操作，针对相邻编号的风机子系统i和i+1，第i个风机子系统执行求解指令流上的第m个指令操作，第i+1个风机子系统执行求解指令流上的第m-1个指令操作。
步骤5)中所述的初始化操作是指：将第i个风机子系统的线性初始运算数据送入对应线性流水线的第一条指令；同时将第i个风机子系统的非线性初始运算数据送入对应非线性流水线的第一条指令。
步骤5)中所述的超标量线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的P条并行线性流水线进行如下操作：针对每条线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果同时生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令；针对每条线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个输入的运算数据的脉冲信号是否同时高电平，若两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令，若两个脉冲信号不同时高电平，则置高线性流水线校验电平。
步骤5)中所述的超标量非线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的Q条并行非线性流水线进行如下操作：针对每条非线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令；针对每条非线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个运算数据的脉冲信号是否同时高电平，如果两个脉冲信号不同时高电平，则置高非线性流水线校验电平，如果两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令。
步骤7)中所述的每一步长的仿真结束校验是指：最后一个风机子系统N执行完P条线性流水线和Q条非线性流水线中的所有运算指令时，风电场实时仿真器分别生成线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig，当线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig均为高电平时，当前步长的仿真计算结束，否则返回步骤5)。
本发明的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，充分发挥了FPGA流水线求解架构的计算优势，通过对风电场中的同种类风机模型中的多条并行求解指令流采用超标量流水线求解，实现了在有限硬件资源下对风电场的高效精确实时仿真求解，有效地提高了基于FPGA的风电场实时仿真器的仿真效率和资源利用率，为实现基于FPGA的更大规模风电场的实时仿真奠定了基础。
附图说明
图1是本发明基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法的流程图；
图2是风电场实时仿真器的超标量流水线运算时空图；
图3是等值为三台永磁直驱风力发电机的风电场测试算例；
图4是等值风机1并网点A相电流IWT1,a仿真结果图；
图5是等值风机2并网点A相电流IWT2,a仿真结果图；
图6是等值风机3并网点A相电流IWT3,a仿真结果图；
图7是等值风机1的换流器并联电容端电压VWT1,dc仿真结果图；
图8是等值风机1的输出有功功率PWT1仿真结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法做出详细说明。
本发明的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，属于电力系统仿真领域，特别适用于风电场实时仿真领域。
如图1所示，本发明的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，包括如下步骤：
1)在基于FPGA的风电场实时仿真器的上位机中，将具有相同数学模型的风电场依据拓扑连接关系和FPGA的计算资源划分为N个风机子系统，N>1且为正整数，每个风机子系统有P条并行线性流水线和Q条并行非线性流水线，每条流水线中的运算指令分为单输入单输出和双输入单输出两种类型，每条指令包含f个指令操作，f为正整数，每个指令操作需要实时仿真器的一个时钟周期Δs的执行时间，定义风机子系统中参与线性流水线的第一条运算指令的数据为线性初始运算数据，参与非线性流水线的第一条运算指令的数据为非线性初始运算数据，设定实时仿真器的全局统一仿真步长为Δt，实时仿真器的时钟周期为Δs，每个仿真步长Δt内共有I个时钟周期；
所述的线性流水线是指：流水线中的各级流水段串行连接，数据在流水线中流过时，每一级流水段都流过一次且仅流过一次；所述的非线性流水线是指：流水线中的各级流水段除有串行连接外，还有前馈和反馈回路。
2)对各风机子系统进行编号，读取各风机子系统中电气元件的基本参数形成电气部分的节点电导矩阵，读取各风机子系统中风机模型的控制参数形成控制部分的计算矩阵，将各子系统的节点电导矩阵、控制部分计算矩阵以及各子系统中风机的启动转矩和风速两个运行参数信息下载至风电场实时仿真器的FPGA资源中；
3)初始化风电场实时仿真器，在仿真时刻为t＝0时启动仿真；
4)仿真时间向前推进一个步长，t＝t+Δt，令该仿真步长内的时钟周期序号i＝1；
5)在仿真步长Δt的第i个时钟周期Δsi内，风电场实时仿真器进行如下操作：若i＝1，则第i个风机子系统进行初始化操作；若2≤i≤N，则第i个风机子系统进行初始化操作，同时，第1至第i-1个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；若N<i≤I，则N个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；其中，
所述的流水线形式是指：多个风机子系统同时执行求解指令流上不同的指令操作，针对相邻编号的风机子系统i和i+1，第i个风机子系统执行求解指令流上的第m个指令操作，第i+1个风机子系统执行求解指令流上的第m-1个指令操作。
所述的初始化操作是指：将第i个风机子系统的线性初始运算数据送入对应线性流水线的第一条指令；同时将第i个风机子系统的非线性初始运算数据送入对应非线性流水线的第一条指令。
所述的超标量线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的P条并行线性流水线进行如下操作：针对每条线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果同时生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令；针对每条线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个输入的运算数据的脉冲信号是否同时高电平，若两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令，若两个脉冲信号不同时高电平，则置高线性流水线校验电平。
所述的超标量非线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的Q条并行非线性流水线进行如下操作：针对每条非线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令；针对每条非线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个运算数据的脉冲信号是否同时高电平，如果两个脉冲信号不同时高电平，则置高非线性流水线校验电平，如果两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令。
6)仿真时间向前推进一个时钟周期，时钟周期序号i＝i+1；
7)对实时仿真器进行每一仿真步长的仿真结束校验，若当前步长的仿真未结束，返回步骤5)，否则进行下一步骤；
所述的每一步长的仿真结束校验是指：最后一个风机子系统N执行完P条线性流水线和Q条非线性流水线中的所有运算指令时，风电场实时仿真器分别生成线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig，当线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig均为高电平时，当前步长的仿真计算结束，否则返回步骤5)。
8)判断时钟周期序号i与每个仿真步长内的时钟周期总数I的大小关系，若i≤I，返回步骤6)，否则进行下一步骤；
9)判断仿真时间t是否达到设定的仿真终了时刻T，如达到设定的仿真终了时刻T，则仿真结束，否则返回步骤4)。
下面以等值为三台永磁直驱风力发电机的风电场为测试算例进行说明，如附图3所示，图中对三台等值风机的仿真求解是采用本发明的超标量流水线求解的计算策略。
本发明实施例的执行环境为一块Intel公司的Stratix V系列FPGA5SGSMD5K2F40C2N及官方配套开发板。该芯片上集成有457000个逻辑单元，172600个自适应逻辑模块，690400个寄存器，2014个M20K存储器，5.27个MLAB存储块，3180个18x18专用乘法器，24个PLL以及369个不同形式的I/O接口。开发板上除了5SGSMD5K2F40C2N芯片外，还配备了多个频率的时钟电路、3个用户可配置按钮、PCI Express插槽和大量的外部存储器等配套硬件资源。
如图3所示，该测试算例划分为三个子系统，每台等值永磁直驱风力发电机并网单元作为一个子系统，在每个子系统中，等值风机通过机侧换流器和网侧换流器，经滤波电路滤波后与公共接入母线相连，每台等值永磁直驱风力发电机的容量为30kW，输出线电压有效值为196V，换流器并联电容值为5000μF，公共接入母线的线电压有效值为196V。在控制系统中，机侧换流器采用d轴-最大转矩/电流比控制，q轴-最小定子电流方式，实现最大功率点跟踪控制；网侧换流器采用Vdc-Q控制，保证与电网交互无功功率的同时，维持电容直流电压恒定，其中并联电容端电压Vdc的参考值设为500V，无功功率参考值设为0Var。等值风机一的启动转矩设为2100N·m，等值风机二的启动转矩设为2000N·m，等值风机三的启动转矩设定为1900N·m，三台等值风机的其他结构参数均相同。兼顾控制子系统和电气子系统求解的实时性，整个风电场实时仿真器通过125MHz的时钟驱动，全局统一仿真步长设为3μs。仿真场景为2s时等值风机一的风速从9.5m/s增加到10.7m/s，等值风机二和三的风速从9.7m/s增加到10.5m/s。
本发明的实施例消耗了FPGA约87％的逻辑资源、56％的DSP计算资源、60％的存储器资源以及1个PLL。为了验证本发明提出的一种基于FPGA的多风机分布式发电系统实时仿真优化设计地计算精度，在商业软件PSCAD/EMTDC上对相同的仿真场景进行仿真计算，仿真步长也采用3μs。基于FPGA的实时仿真器与商业软件PSCAD/EMTDC的仿真结果对比如图4～图8所示。从图中可以看出，两个仿真系统给出的结果基本一致，从而验证了本发明提出的一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计的正确性与有效性。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在基于FPGA的风电场实时仿真器的上位机中，将具有相同数学模型的风电场依据拓扑连接关系和FPGA的计算资源划分为N个风机子系统，N>1且为正整数，每个风机子系统有P条并行线性流水线和Q条并行非线性流水线，每条流水线中的运算指令分为单输入单输出和双输入单输出两种类型，每条指令包含f个指令操作，f为正整数，每个指令操作需要实时仿真器的一个时钟周期Δs的执行时间，定义风机子系统中参与线性流水线的第一条运算指令的数据为线性初始运算数据，参与非线性流水线的第一条运算指令的数据为非线性初始运算数据，设定实时仿真器的全局统一仿真步长为Δt，实时仿真器的时钟周期为Δs，每个仿真步长Δt内共有I个时钟周期；
2)对各风机子系统进行编号，读取各风机子系统中电气元件的基本参数形成电气部分的节点电导矩阵，读取各风机子系统中风机模型的控制参数形成控制部分的计算矩阵，将各子系统的节点电导矩阵、控制部分计算矩阵以及各子系统中风机的启动转矩和风速两个运行参数信息下载至风电场实时仿真器的FPGA资源中；
3)初始化风电场实时仿真器，在仿真时刻为t＝0时启动仿真；
4)仿真时间向前推进一个步长，t＝t+Δt，令该仿真步长内的时钟周期序号i＝1；
5)在仿真步长Δt的第i个时钟周期Δsi内，风电场实时仿真器进行如下操作：若i＝1，则第i个风机子系统进行初始化操作；若2≤i≤N，则第i个风机子系统进行初始化操作，同时，第1至第i-1个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；若N<i≤I，则N个风机子系统以流水线形式同步执行超标量线性流水线操作和超标量非线性流水线操作中的一个指令操作；
6)仿真时间向前推进一个时钟周期，时钟周期序号i＝i+1；
7)对实时仿真器进行每一仿真步长的仿真结束校验，若当前步长的仿真未结束，返回步骤5)，否则进行下一步骤；
8)判断时钟周期序号i与每个仿真步长内的时钟周期总数I的大小关系，若i≤I，返回步骤6)，否则进行下一步骤；
9)判断仿真时间t是否达到设定的仿真终了时刻T，如达到设定的仿真终了时刻T，则仿真结束，否则返回步骤4)。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤1)中所述的线性流水线是指：流水线中的各级流水段串行连接，数据在流水线中流过时，每一级流水段都流过一次且仅流过一次；所述的非线性流水线是指：流水线中的各级流水段除有串行连接外，还有前馈和反馈回路。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤5)中所述的流水线形式是指：多个风机子系统同时执行求解指令流上不同的指令操作，针对相邻编号的风机子系统i和i+1，第i个风机子系统执行求解指令流上的第m个指令操作，第i+1个风机子系统执行求解指令流上的第m-1个指令操作。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤5)中所述的初始化操作是指：将第i个风机子系统的线性初始运算数据送入对应线性流水线的第一条指令；同时将第i个风机子系统的非线性初始运算数据送入对应非线性流水线的第一条指令。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤5)中所述的超标量线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的P条并行线性流水线进行如下操作：针对每条线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果同时生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令；针对每条线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个输入的运算数据的脉冲信号是否同时高电平，若两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，然后将运算结果送入下一条指令，若两个脉冲信号不同时高电平，则置高线性流水线校验电平。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤5)中所述的超标量非线性流水线操作是指：同时对风机子系统模型中的Q条并行非线性流水线进行如下操作：针对每条非线性流水线中的单输入单输出类型的运算指令，单个运算数据直接参与指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令；针对每条非线性流水线中的双输入单输出类型的运算指令，首先校验两个运算数据的脉冲信号是否同时高电平，如果两个脉冲信号不同时高电平，则置高非线性流水线校验电平，如果两个脉冲信号同时高电平，则进行指令运算，运算结束后输出计算结果并生成脉冲信号，若后续操作存在反馈运算，则将计算结果缓存在随机存取存储器RAM中，等待反馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从随机存取存储器RAM读出并送入下一条指令，若后续操作存在前馈运算，则将计算结果缓存在先入先出存储器FIFO中，等待前馈运算的下一条指令启动时，再将计算结果从先入先出存储器FIFO读出并送入下一条指令，若后续操作存在串行指令运算，则直接将运算结果送入下一条指令。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的风电场实时仿真器超标量流水线设计方法，其特征在于，步骤7)中所述的每一步长的仿真结束校验是指：最后一个风机子系统N执行完P条线性流水线和Q条非线性流水线中的所有运算指令时，风电场实时仿真器分别生成线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig，当线性流水线计算结束信号end_linear_sig和非线性流水线计算结束信号end_nonlinear_sig均为高电平时，当前步长的仿真计算结束，否则返回步骤5)。
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