微電網高並行度實時仿真的若干關鍵問題研究

《微電網高並行度實時仿真的若干關鍵問題研究》是依託天津大學，由張炳達擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微電網高並行度實時仿真的若干關鍵問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張炳達
• 依託單位：天津大學

項目摘要

開發和延伸微電網能夠促進分散式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效方式，有助於傳統配電網向智慧型配電網的過渡。微電網實時仿真平台不僅能促進微電網技術的研究，而且能為微電網工程項目的實施和新設備的開發保駕護航。數字式微電網實時仿真具有良好的經濟性和可擴展性，將成為微電網研究與建設的首選。本項目針對分散式發電系統的特點，研究微電網解耦的方法及其數值穩定性問題；利用FPGA內在高度並行性，研究微電網中開關元件非仿真點動作及數值振盪的解決方案；採用DSP結構的設計思想，研究專門化高速運算器的構建及其互聯方法；利用FPGA動態可重構技術，研究FPGA資源的合理使用及其可靠性。本項目研究將不僅能夠解決微電網的密集結構和大量的電力電子器件這兩個仿真難題，而且使仿真器具有良好的可擴展性、經濟性和自愈性，為微電網、智慧型配電網的實時仿真平台建設提供理論指導。

結題摘要

實時仿真是電力系統規劃設計、試驗研究、評估分析的重要手段。微網技術的發展對實時仿真的計算能力提出了更高的要求。新型數字器件FPGA具有大規模細粒度並行計算能力，在電力系統實時仿真中得到了廣泛的套用。 為充分利用FPGA的硬體資源，拋棄了常用的功能硬體化的設計思想，設計了一種基於指令流的運算組件。同時，採用桌球電路使真實繼電保護設備和變流器控制器與運算組件軟連線，保證了運算組件的高效運算。用控制指令描述運算器輸入輸出連線埠的數據變遷，用有向無環圖描述計算任務之間的關係，通過表調度方法實現資源約束條件下的任務安排最佳化，提高了整個運算組件的工作效率。 利用電感電流和電容電壓不能突變的特點，採用顯隱式混合積分方法將AC/DC、AC/AC、DC/DC變換器從微電網中分離出來，形成了一種可並行計算的多速率仿真模型。為解決數據互動引起的時延問題，給出了一種快速仿真子系統適當早發數據和適當延緩使用慢速子系統數據的接口電氣量異步互動方法。 為減少仿真計算量和減輕數據存儲壓力，在多速率仿真模組基礎上分割出更多的子網路，採用多值參數法表示子網路的對外特性。給出了選擇子網路連線埠輸入變數及其列寫網路方程的一般原則。在網路方程的求解方面，不僅考慮矩陣元素的稀疏性和對稱性，而且考慮矩陣元素的非線性和時變性，以仿真程式的最短執行時間為最佳化目標建立了最優節點消去順序最佳化模型。 選用XC7VX690T-2FFG1761晶片搭建了實時解算器，並與真實變流控制器和繼電保護裝置構成了一個微電網硬體在環實時仿真平台。實驗結果表明，微電網實時仿真平台能夠長期正常運行，仿真準確性與 PSCAD 仿真軟體基本一致（誤差在5%以內）。