[发明专利]适用于FPGA平台电磁暂态实时仿真的数据处理方法

摘要

本发明提出了一种适用于FPGA平台电磁暂态实时仿真的数据处理方法，属于电力系统电磁暂态硬件仿真领域。本方法利用电磁暂态实时仿真算法需要进行等值历史电流源累加操作时，用于矩阵计算的核心计算区处于闲置状态的特点，复用了核心计算区的乘累加处理单元来进行累加工作，提高了FPGA开发板的硬件利用效率；同时设计了仿真系统与外部的交互界面，保证了数据交互的高速与稳定。该方法理论基础完备，简单有效，能够高效率处理电磁暂态仿真数据，尤其适合FPGA平台的电磁暂态实时仿真系统。

主权项

1.一种适用于FPGA平台的电磁暂态实时仿真的数据处理方法，其特征在于该方法包含以下步骤：步骤1，外部发送初始化数据，包含系统网络电导矩阵及其逆矩阵、元件配置信息、电磁暂态仿真所需的常量和元件变量，到FPGA平台的电磁暂态实时仿真系统的数据交互接收模块，数据交互采用Aurora协议，其具体过程如下：步骤1‑1，外部发送数据到电磁暂态实时仿真系统数据交互模块的Aurora界面，该Aurora界面根据Aurora协议将数据还原为接收数据(rx_data)；步骤1‑2，所述的接收数据(rx_data)通过数据接收界面(rx_fifo_interface)进入异步先入先出接收数据隔离异步时钟域(rx_fifo)；步骤1‑3，接收数据帧解析模块(frame_recv)将一帧数据从先入先出接收数据隔离区(rx_fifo)取出，并进行解析，称为帧解析；步骤1‑4，根据所述的帧解析内容进行数据写操作，元件仿真数据存储在各个元件区内，仿真用常量以及电导矩阵、逆矩阵存储在公共存储区；步骤2，仿真开始；步骤3，所述的电磁暂态实时仿真系统的核心计算区通过电导矩阵与节点电压向量的矩阵乘法求解节点电流向量；该操作由控制信号pe_input_sel选择电导矩阵(G2)与节点电压向量(BUS_U)，通过乘法器进行乘法操作，之后再由多路复用器控制信号pe_mux1_sel和多路复用器控制信号pe_mux2_sel控制多路复用器(Mux)通过加法器来进行循环累加；步骤4，根据开关动作状态判断是否选取新的电导矩阵，并完成相应配置；步骤5，所述的核心计算区通过电导逆矩阵和节点电流向量的矩阵乘法求解节点电压向量；该操作由控制信号pe_input_sel选择电导逆矩阵(GAC)与节点电流向量(I0)，通过乘法器进行乘法操作，之后再由多路复用控制信号pe_mux1_sel和多路复用控制信pe_mux2_sel控制多路复用器(Mux)通过加法器来进行循环累加；步骤6，在各个元件区独立且并行地完成计算更新等值历史电流源的工作，并对每种元件对其两端节点的等值历史电流源进行累加；步骤7，通过复用核心计算区的乘累加结构(PE单元)对每个节点上的不同元件的等值历史电流源进行累加操作，其具体过程如下：步骤7‑1，设置多路复用控制信pe_mux1_sel和多路复用控制信pe_mux2_sel分别控制第一多路复用器(Mux1)和第二多路复用器(Mux2)，选择各元件区节点电流1和各元件区节点电流2，各元件区节点电流1和各元件区节点电流2即为需要进行累加的等值历史电流源，每个输入级的PE单元输入两个等值历史电流源，同级的PE单元并行工作；步骤7‑2，由PE单元中的加法树结构完成每个节点上的等值历史电流源累加操作；步骤8，判断是否接收外部发送的新的仿真数据，若是，进入步骤9；否则，返回步骤3进行迭代运算；步骤9，接收外部发送的新的仿真数据，其过程同步骤1‑1至1‑4；步骤10，返还仿真结果数据，其具体过程如下：步骤10‑1，外部要通过数据交互模块发送新的仿真数据时，对需要本系统输出的数据进行相应配置，各元件区将需要发送的数据存储在各自的存储器(Memory)中；步骤10‑2，从总线上将需要返还的仿真结果数据组发送到数据组帧发送模块(frame_send)；步骤10‑3，所述的数据组帧发送模块(frame_send)将仿真结果数据组发送帧进入先入先出发送数据隔离异步时钟域(FIFO tx_fifo)；步骤10‑4，所述的仿真结果数据组发送帧经过数据先入先出发送界面(tx_fifo_interface)转化为发送数据(tx_data)通过Aurora界面，发送到外部；步骤11，返回步骤3，直到电磁暂态实时仿真的数据处理结束。