微电网电磁暂态实时仿真并行计算方法研究

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1、微电网电磁暂态实时仿真并行计算方法研究ResearchonParallelComputingMethodofElectromagneticTransientReal-timeSimulationforMicrogrid学科专业：电气工程作者姓名：赵丹指导教师：张炳达教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十二月摘要硬件在环实时仿真可以为微电网的规划、设计和运行中提供非常有意义的参考价值。微电网换流装置中存在大量的高频电力电子开关装置以及很多的非线性元件，造成了实时仿真难度的加大。本文基于多解算器实时数字仿真平台(FRTDS)高度的并行计算能力、通畅的数据传输通道、多样性的多值系数预

2、存、优化的任务安排方案等特点，提出了一种适用于基于多值系数预存的微电网分块并行实时仿真算法。本论文主要介绍了一种子网络多值系数预存的实时仿真算法及实现。多值系数预存可以减少实时仿真中的计算步骤。为减轻多值系数在实时仿真内存中的存储压力，结合具体网络结构将网络分割为多个可并行计算的子网络，仅预先存储计算各个子网络端口输入变量和内部待求变量等需要的数据参数。将各子网络进行多端口混合等效以减少联立网络方程的个数，通过子网络的端口输入变量建立子网络之间的连接关系。采用状态变量作为子网络的端口输入变量使迭代计算限制在网络局部，用控制流图说明非线性网络局部迭代算法实现的具体步骤。同时，考虑到微电网控

3、制系统模型是由输入输出关系描述的，将并行算法在控制系统加以推广。本文所提出的一种基于多值系数预存和分块并行计算的实时仿真算法在保证仿真精度的前提下，能够有效减轻数据存储压力和提高实时仿真计算速度，为微电网实时仿真提供了一种新的思路。通过搭建低压微网系统对分块并行实时仿真算法进行验证，其仿真结果与离线仿真软件PSCAD/EMTDC一致，验证了该并行算法的可行性。关键词：微电网，电磁暂态实时仿真，FRTDS，多值系数预存，多端口混合等效，分块并行IABSTRACTHardware-in-the-loopreal-timesimulationplaysaveryimportantroleint

4、heplanning,designandoperationofmicrogrids.Themicrogridcontainingalargeamountofhighfrequencypowerswitchesandnonlinearcomponentshasputforwardhighrequirementsforpowersystemreal-timesimulationtechnology.Thispaperhasproposedamultivaluedcoefficientprestorageandblockparallelmethodforreal-timesimulationo

5、fmicrogridonFRTDS——fieldprogrammablegatearray(FPGA)-basedreal-timedigitalsimulation,themulti-solverreal-timedigitalsimulationplatformhasthecharacteristicssuchashighlyparallelcomputingability,smoothdatatransmissionchannel,thediversityofthemultivaluedcoefficientprestored,optimizationoftaskschedulin

6、gscheme.Amultivaluedcoefficientprestoragealgorithmanditsimplementationforreal-timesimulationofsubnetworkhaspresentedinthispaper.Multivaluedcoefficientprestoragecanreducethecalculationstepsinreal-timesimulation.Inordertoreducethestoragepressureofthemultivaluedcoefficients,thewholenetworkisdividedi

7、ntomultiplesubnetworksthatcanbesimulatedinparallel,andonlytheparametersforcomputinginputvariablesandinternalvariablesareprestored.Themultiporthybridequivalentisperformedtoreducethenumberofsimultaneousnetworkequations,t