電力電子仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力電子仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域，基于CPU(中央處理器)的低頻電力電子仿真技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，在20US (微秒)的步長下可以精確地仿真頻率1kHz (千赫茲)以下的電力電子系統(tǒng)。然而隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的高速發(fā)展以，尤其是大量可控器件(如換流閥、有源濾波器等)的運(yùn)用，實(shí)際工程中電力系統(tǒng)頻率往往會(huì)遠(yuǎn)大于10kHz，導(dǎo)致一般的CPU仿真手段已經(jīng)難以滿足相應(yīng)實(shí)時(shí)仿真的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種電力電子仿真系統(tǒng)，可以提高仿真系統(tǒng)的仿真頻率。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供了一種電力電子仿真系統(tǒng)，包含:中央處理器CPU、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA板與控制器；
[0005]所述控制器與所述FPGA板通信連接；所述FPGA板與所述CPU連接；所述控制器通過所述FPGA板與所述CPU通信連接；
[0006]其中，所述FPGA板上包含第一解算器與通信接口，所述CPU上包含第二解算器；所述控制器通過所述通信接口與第一解算器通信連接；所述第一解算器與所述第二解算器通信連接；所述控制器通過所述通信接口與所述CPU通信連接。
[0007]本實(shí)用新型實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，是利用中央處理器(CPU)與現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)板構(gòu)建電力電子器件的仿真平臺(tái)，其中，CPU上的第二解算器用于對(duì)低速電力電子器件進(jìn)行仿真；由于FPGA板可以進(jìn)行并行計(jì)算，提高數(shù)據(jù)處理速度，所以利用FPGA板上的第一解算器可以對(duì)高速電力電子器件進(jìn)行仿真，提高仿真系統(tǒng)的仿真頻率。所以，本實(shí)用新型實(shí)施方式利用CPU+FPGA的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行混合仿真，可以對(duì)高速電力電子器件進(jìn)行仿真，滿足了高速電力電子實(shí)時(shí)仿真的需求。
[0008]進(jìn)一步地，所述FPGA板上可以包含至少兩個(gè)所述第一解算器。FPGA板上第一解算器的數(shù)目可以根據(jù)待仿真的高速電力電子器件的數(shù)目確定，增加了系統(tǒng)的靈活性，適用性強(qiáng)。
[0009]進(jìn)一步地，所述FPGA板上還包含至少一個(gè)設(shè)置模塊；一個(gè)所述設(shè)置模塊與兩個(gè)所述第一解算器連接；所述設(shè)置模塊還通過所述通信接口與所述控制器連接。利用設(shè)置模塊可以對(duì)第一解算器的數(shù)目、控制器與第一解算器之間的數(shù)據(jù)交互模式、第一解算器的仿真步長等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使用便捷，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。
[0010]另外，所述第一解算器中包含第一電力電子系統(tǒng)的仿真模塊；所述第二解算器中包含第二電力電子系統(tǒng)的仿真模塊；其中，所述第一電力電子系統(tǒng)的仿真模塊的仿真頻率高于所述第二電力電子系統(tǒng)的仿真模塊的仿真頻率。
[0011]另外，所述通信接口為并行通信接口。
[0012]另外，所述通信接口為37針并行通信接口。
[0013]另外，所述通信接口包含數(shù)字量輸入板卡與模擬量輸出板卡。
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式的電力電子仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中的第一解算器與設(shè)置模塊的連接關(guān)系示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式中的以FPGA為節(jié)點(diǎn)的硬件在環(huán)仿真結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0018]本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式涉及一種電力電子仿真系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含:CPU(中央處理器)、FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)板與控制器；控制器與FPGA板通信連接；FPGA板與CPU連接；控制器通過FPGA板與所述CPU通信連接。
[0019]具體地說，F(xiàn)PGA板上包含通信接口至少兩個(gè)第一解算器，控制器通過通信接口與各個(gè)第一解算器通信連接。在本實(shí)施方式中，F(xiàn)PGA板上包含8個(gè)第一解算器(第一解算器1、第一解算器2、……、第一解算器8)。其中，第一解算器中包含第一電力電子系統(tǒng)的仿真模塊(未示出)，第一電力電子系統(tǒng)的仿真模塊的仿真頻率高于10千赫茲(kHz)，仿真步長可以到達(dá)500ns以下，可以用于對(duì)高頻的第一電力電子系統(tǒng)高速仿真。每一個(gè)第一解算器都可以對(duì)一個(gè)第一電力電子系統(tǒng)進(jìn)行高速仿真，功能可以完全一樣；或者，當(dāng)一個(gè)第一電力電子系統(tǒng)中包含的電力電子器件較多時(shí)，可以將系統(tǒng)中不同的電力電子器件分配在不同的第一解算器中運(yùn)行，進(jìn)行仿真。
[0020]FPGA板上還包含至少一個(gè)設(shè)置模塊，一個(gè)設(shè)置模塊可以與兩個(gè)第一解算器連接，即每個(gè)設(shè)置模塊可以對(duì)兩個(gè)第一解算器進(jìn)行設(shè)置(比如第一解算器1、第一解算器2)，具體如圖2所示，其中，第一解算器包括對(duì)應(yīng)的電壓電流輸入端口、控制信號(hào)輸入端口、軟件復(fù)位端口及測(cè)量輸出端口，同時(shí)通過設(shè)置模塊可以對(duì)每個(gè)第一解算器需要仿真的電力電子拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行選擇(電力電子仿真系統(tǒng)中預(yù)存有各種電力電子拓?fù)淠Ｐ?，每一個(gè)模型都有唯一的名稱，只要在設(shè)置模塊的設(shè)置模塊中輸入相應(yīng)的需要仿真的電力電子拓?fù)淠Ｐ偷拿Q，便可調(diào)用對(duì)應(yīng)的電力電子拓?fù)淠Ｐ?。設(shè)置模塊通過通信接口與控制器連接。利用設(shè)置模塊可以對(duì)第一解算器的數(shù)目、控制器與第一解算器之間的數(shù)據(jù)交互模式、第一解算器的仿真步長等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還可以進(jìn)行FPGA板與CPU之間的通信配置，使用便捷，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。
[0021]為了使用FPGA板進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，需要針對(duì)FPGA板開發(fā)相應(yīng)的功能代碼，包括I/0(輸入輸出)管理功能、脈沖發(fā)生功能、解算器功能、外部信號(hào)直接控制FPGA板進(jìn)行仿真功能等。而相應(yīng)的FPGA板功能開發(fā)是基于S頂U(kuò)LINK的功能建模，整個(gè)開發(fā)過程并不需要開發(fā)者懂得應(yīng)用FPGA硬件語言或相應(yīng)的編程能力，完全是基于S頂U(kuò)LINK的圖形化建模過程，通過選擇所需模塊進(jìn)行邏輯連接即可完成功能建模。一旦完成針對(duì)FPGA功能性建模，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)把FPGA模型翻譯成相應(yīng)的機(jī)器語言并燒錄到FPGA板中。比如，在FPGA板上建立第一解算器時(shí)，基于S頂U(kuò)LINK的圖形化建模，只要選擇第一解算器包含的功能模塊，并將這些選擇的功能模塊進(jìn)行邏輯連接即可。這樣，整個(gè)開發(fā)過程完全基于SmULINK，可以避免相應(yīng)的FPGA編程，對(duì)于大多數(shù)工程師來說大大減少了工作難度和工作量。
[0022]通信接口為并行通信接口。這樣，可以提高控制器與FGPA板之間的數(shù)據(jù)交互的速度。在本實(shí)施方式中，采用37針并行通信接口。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以選擇其他型號(hào)的通信接口。
[0023]CPU上包含第二解算器。具體地說，第二解算器中包含第二電力電子系統(tǒng)的仿真模塊，第二電力電子系統(tǒng)的仿真模塊的仿真頻率低于10千赫茲，仿真步長可以達(dá)到20us，可以用于對(duì)低頻的第二電力電子系統(tǒng)仿真。CPU上的電力系統(tǒng)仿真部分是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，可以用于建立基礎(chǔ)電力系統(tǒng)環(huán)境，完成電力系統(tǒng)解耦等功能。
[0024]第二解算器與第一解算器通