CN114721991A - 一种电力电子系统仿真装置 - Google Patents

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周月宾
李巍巍
赵晓斌
许树楷
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    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Abstract

本申请公开了一种电力电子系统仿真装置，本申请提供的电力电子系统仿真装置的处理单元部分包括：VPX背板、CPU模块、FPGA模块与IO模块；CPU模块与VPX背板通过PCIe总线连接；FPGA模块与VPX背板通过PCIe接口与SRIO接口连接；IO模块与VPX背板通过PCIe接口与SRIO接口连接。本申请提供的装置基于VPX总线，FPGA计算板与IO板可以自由组合，在有需要时FPGA计算资源可以更加集中，有利于降低系统体积、成本，而且本申请提供的装置以FPGA为主，各FPGA之间可以通过SRIO等方式直接互联，而不需要再经过CPU，从而突破了现有系统的PCIe通信瓶颈问题。

Description

一种电力电子系统仿真装置
技术领域
本申请涉及电力电子系统技术领域，尤其涉及一种电力电子系统仿真装置。
背景技术
电磁暂态实时仿真已经成为电力系统分析的一种重要工具。目前，基于CPU集群的电磁暂态实时仿真技术已相对成熟，能够对大型电力系统进行有效的仿真分析。但CPU计算架构决定了其仿真步长一般不小于10-5s级，并不能完全适应当前蓬勃发展的电力电子系统的仿真测试要求。
现有CPU+FPGA异构计算系统有两种方案：1、以RTDS、RT-LAB等为代表的系统，以CPU计算为主，CPU仿真机通过PCIe与FPGA仿真机相连，FPGA之间没有直接互联方式，存在较大通信瓶颈，且成本较高；2、以Typhoon等为代表的系统，以SOC系统计算为主，CPU与FPGA集成在一个芯片中，CPU计算能力较弱，主要用于小规模系统仿真。由于现有CPU+FPGA联合仿真系统的处理单元结构，多以CPU计算为主，CPU与FPGA通过PCIe通信，在仿真步长较小或FPGA较多时，所有通信都要通过CPU进行数据交换，造成较大的通信瓶颈，难以满足以电力电子为主的新型电力系统的仿真。
发明内容
本申请提供了一种电力电子系统仿真装置，用于解决现有的CPU+FPGA联合仿真系统的处理结构，多以CPU计算为主，所有通信都要通过CPU进行数据交换，造成较大的通信瓶颈的技术问题。
本申请第一方面提供了一种电力电子系统仿真装置，所述电力电子系统仿真装置的处理单元包括：VPX背板、CPU模块、FPGA模块与IO模块；
所述CPU模块与所述VPX背板通过PCIe总线连接；
所述FPGA模块与所述VPX背板通过PCIe总线与SRIO接口连接；
所述IO模块与所述VPX背板通过PCIe总线与SRIO接口连接。
优选地，所述电力电子系统仿真装置具体包括：一个VPX背板、一个CPU模块、一个或多个FPGA模块以及一个或多个IO模块。
优选地，所述FPGA模块中包含有FMC接口与QSFP接口。
优选地，所述IO模块中包含有DB37IO接口。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供的电力电子系统仿真装置包括：VPX背板、CPU模块、FPGA模块与IO模块；CPU模块与VPX背板通过PCIe总线连接；FPGA模块与VPX背板通过PCIe接口与SRIO接口连接；IO模块与VPX背板通过PCIe接口与SRIO接口连接。本申请提供的装置基于VPX总线，FPGA计算板与IO板可以自由组合，在有需要时FPGA计算资源可以更加集中，有利于降低系统体积、成本，而且本申请提供的装置以FPGA为主，各FPGA之间可以通过SRIO等方式直接互联，而不需要再经过CPU，从而突破了现有系统的PCIe通信瓶颈问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种电力电子系统仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电力电子系统仿真装置，用于解决现有的CPU+FPGA联合仿真系统的处理结构，多以CPU计算为主，所有通信都要通过CPU进行数据交换，造成较大的通信瓶颈的技术问题。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种电力电子系统仿真装置，该电力电子系统仿真装置的处理单元包括：VPX背板4、CPU模块1、FPGA模块2与IO模块3；
CPU模块1与VPX背板4通过PCIe总线连接；
FPGA模块2与VPX背板4通过PCIe总线与SRIO接口连接；
IO模块3与VPX背板4通过PCIe总线与SRIO接口连接。
更具体地，电力电子系统仿真装置具体包括：一个VPX背板4、一个CPU模块1、一个或多个FPGA模块2以及一个或多个IO模块3。
更具体地，FPGA模块2中包含有FMC接口与QSFP接口。
更具体地，IO模块3中包含有DB37IO接口。
需要说明的是，本申请提供的电力电子系统仿真装置如图1所示，其中每个机箱包含一块VPX背板4，一组CPU模块1，若干FPGA模块2，若干IO模块3。CPU模块1、FPGA模块2与IO模块3之间均通过VPX背板4集成的总线、接口实现互联，其中，CPU模块1通过PCIe总线与其它模块板卡通信，FPGA模块2以及IO模块3之间可以通过SRIO接口通信；FPGA模块包含FMC接口、QSFP接口，便于扩展；IO模块包含DB37接口，可以与外部模块相连，例如同步时钟模块。所有FPGA模块的数量与IO模块的数量都可以根据需要灵活组合。
本申请提供的电力电子系统仿真装置基于VPX总线，FPGA计算板与IO板可以自由组合，在有需要时FPGA计算资源可以更加集中，有利于降低系统体积、成本，而且本申请提供的电力电子系统仿真装置以FPGA为主，各FPGA之间可以通过SRIO等方式直接互联，而不需要再经过CPU，从而突破了现有系统的PCIe通信瓶颈问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种电力电子系统仿真装置，其特征在于，所述电力电子系统仿真装置的处理单元包括：VPX背板、CPU模块、FPGA模块与IO模块；
所述CPU模块与所述VPX背板通过PCIe总线连接；
所述FPGA模块与所述VPX背板通过PCIe总线与SRIO接口连接；
所述IO模块与所述VPX背板通过PCIe总线与SRIO接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子系统仿真装置，其特征在于，所述电力电子系统仿真装置具体包括：一个VPX背板、一个CPU模块、一个或多个FPGA模块以及一个或多个IO模块。
3.根据权利要求1所述的一种电力电子系统仿真装置，其特征在于，所述FPGA模块中包含有FMC接口与QSFP接口。
4.根据权利要求1所述的一种电力电子系统仿真装置，其特征在于，所述IO模块中包含有DB37IO接口。
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