之前我们介绍了基于CPU 的实时仿真评估准则,那这一篇,主要来聊一聊基于FPGA 实时仿真的那些评估准则。 因为前面也有讲到电力电子建模大致的两类分类,基于工具链型的没什么好评估的,直接拿一个系统编译下载看看FPGA 资源是否足够就可以评估了,简单暴力。 本文主要讨论基于专门的电力电子器件建模算法+独立的解算器这种模式的评估准则。 【权重评估法】 这种方式比较特殊,目前笔者只看到TYPHOON 是用的这种方式。因为它建模算法的特殊性,属于对一些开关组合进行封装形成模块,每一个模块都会有一个权重(weight),根据仿真器整体包含的SPC(内部的一种计算的单元)数量,以及SPC 能够仿真的权重多少来整体评估大概能仿真多大的系统。这种方式比较有特点的是,它并不以开关数位决定权重的影响因子,比如一个3电平的ANPC 和一个2电平inverter 消耗的资源是一样的。但它的不足在于每个SPC能够支持的权重太小,多个SPC之间,就会涉及到模型分割,对于小步长模型分割来说,即使delay再小,也还是会有一些影响,或者使用上的不方便之处,并不是所有系统都可以随意的进行模型分割并行。
【状态量评估法】 目前基于电流源建模方式的FPGA 仿真软件基本都是基于这种方式。只是各家针对目前算法的优化程度不同,可能对于状态量的数量体现形式不太一样。其实原理上是矩阵的维数基本就去确定了仿真系统规模的大小。至于对于硬件IO的限制,这个和FPGA芯片能够定义的GPIO的个数以及AD芯片选型都有关系,这次就不展开讨论。 一般来说会有如下几种限制评估说法: 1, 输入最多多少路 2, 输出最多多少路 3, 开关器件最多支持多少个 4, 最大支持的L,C, swtich,source 的个数之和5, 最大支持的状态量的维数 这么多条条框框的限制,究竟我们应该怎么评估呢。比如前面两条,明显是和硬件有关联的限制,而后面的更多的是系统规模上的限制。他们之间又互相怎么联系呢?硬件限制和各家的板卡有关系,肯定是需要去满足的,而系统模型的评估限制则需要分析一下之间的关联了。 首先,我们可以先梳理以下思路,因为基于的是电流源的建模方式,所以整个电路都可以看成只由电感,电容,电阻,和源组成的系统网络。那么限制仿真规模的就是方程矩阵维数了。接下来我们需要简单了解一下基于电流源建模方式的发展历史了。 第一代的解算方式就是建模原理的实现,那维数限制就会是电感,电容,电阻,和源整体的数量总和。在这里面,输入的数量限制包含在了受控源的个数里面,而因为每个元件都算上了,所以也是包含了输出的数目的。 第二代解算方式,为了仿真更大的系统,减小计算量,对矩阵进行了优化,这样可以把电阻和周边的电感电容等效起来看,这样,对于电阻的数量就不会存在限制了,那整体的规模的评估就变成了电感,电容和源整体的数量总和。 第三代的解算方式,则继续优化,将电感,电容也进行等效了。所以最终就只需要关心源和输出测量的数量了。 不管是属于哪一代技术,其实最终确定的都是状态量的维数,只是这个维数跟哪些量有关系,就需要了解一下采用的是什么样的解算技术了。所以综合考虑以上限制,然后选择几个限制条件的最小值,就是能够评估出仿真系统的规模了。 注意,这种评估方式里面并没有考虑到电机元件,如果研究的系统是电机系统,除了电力电子拓扑以外,电机的FPGA 仿真也是需要耗费资源的,所以如果是仿真这样的系统话,最好仿真规模留出一定的空间出来。当然,也有厂家的评估准则里面会提到包含不包含电机能够仿真多大规模,两种情况的规模限制是不太一样的。 通过这两篇实时仿真评估准则的介绍,笔者希望能帮助用户更好的选择适合自己的实时仿真产品。
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