基于FPGA的电磁瞬态仿真器研究

摘要：为了提高配电网故障电磁瞬态特性的实时仿真效率,避免复杂的现场可编程门阵列(field-programmable gatearray,FPGA)编程,本文研究了一种基于FPGA的自动实时电磁瞬态仿真器。首先通过综合改进的增广节点分析(modified augmented nodal analysis, MANA)方法和固定的导纳矩阵节点方法(fixed admittance matrix nodal method,FAMNM)构建了求解器;然后基于开关电导参数的最优选择,建立了高效的稀疏矩阵-向量乘法器;最后通过对三相配电网络中的单相接地故障后电磁瞬态特性进行测试,验证了仿真器的性能。实验结果表明:MANA-FAMNM的特殊结构可以实现极低的积分时间步长,并且避免了仿真器重新设计FPGA代码,该应用程序可直接用于不同的拓扑结构;仿真器能够实时精确地再现配电网故障中发生的电磁瞬态特性以及在传输线中传播的电磁波,FPGA-RTS仿真与软件EMTP-RV离线仿真的C相相电压值的最大误差约为0.006pu,完全满足工程应用的要求。该仿真器可以推广到工业实时嵌入系统中。