一种基于FPGA的电力潮流计算系统和方法与流程

一种基于fpga的电力潮流计算系统和方法
技术领域
1.本发明涉及电力潮流计算技术领域，特别是涉及一种基于fpga的电力潮流计算系统和方法。


背景技术：

2.潮流计算问题是电力工程中最基本的计算问题之一，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、平衡点的电压和相位角等，待求的参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。
3.目前，在电力系统研究和生产运行环境下，潮流计算主要有两类方法被广泛应用，分别是牛顿拉夫逊方法（nr）和快速解耦潮流方法（fdpf）。牛顿的方法可以反复求解联立、大型、稀疏的线性方程组，但是，由于线性方程直接解中每次迭代的雅可比矩阵的lu因式分解对现有计算平台的计算能力和存储容量提出了极大的挑战，在需要精确求解方程组，特别是面对实时计算场景或涉及非常大的功率系统时，牛顿方法就会消耗大量地计算资源。另一方面，快速解耦潮流方法只需要对lu进行一次因式分解，在整个潮流计算过程中，通过采用固定的、较小的系数矩阵，结果可以被重复使用，因此，求解时间可以大大缩短。但是，在某些情况下，当系数矩阵条件不佳时，即使应用了良好的前置条件，许多改进可以使fdpf方法更加健壮，fdpf方法也存在收敛困难的缺点。因此，目前求解电力潮流的方法主要还是传统的牛顿法普遍应用。
4.当前潮流计算主要由一些专业软件实现，如easypower、matpower、psasp、pscad等，现有以cpu为架构的软件算法计算速度较慢，无法满足大型电力系统潮流计算的实效性，对于潮流计算这样的计算密集型任务，fpga拥有流水线并行和数据并行的特点，可以实现计算的硬件级加速。
5.目前byun j h等提出了基于gauss-seidel的潮流求解器cpu-fpga加速方案（ accelerating the gauss-seidel power flow solver on a high performance reconfigurable computer[c]// ieee symposium on field programmable custom computing machines. ieee, 2009.），原型硬件是在sgi altix-rasc系统上实现的，采用 xilinx virtex-ii 6000 fpga。由于fpga的容量限制，采用统一流水线总线模块，仅在fpga硬件上实现电网母线电压的计算，支路电流的计算由主机端计算，该计算方案为主机-fpga循环迭代，需要在主机和fpga之间相互传递数据，因此该方式的计算时效性较低。


技术实现要素：

[0006]
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于fpga的电力潮流计算系统和方法，能够提升以cpu软件计算架构为主的电力潮流计算的执行效率。
[0007]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于fpga的电力潮流计算系统，包括上位机和fpga端；所述上位机用于向所述fpga端提供潮流计算的初始数据，以及
处理所述fpga端返回的潮流计算结果；所述fpga端通过潮流计算有限状态机实现潮流计算全流程的时钟控制逻辑，协调各个模块之间的数据处理与传输，完成电力潮流计算。
[0008]
所述fpga端包括：时钟发生器模块，用于给潮流计算的硬件电路提供稳定的系统时钟；数据接收模块，用于接收所述上位机传来的潮流计算的初始数据；存储器模块，用于保存潮流计算的初始数据和计算结果；参数控制模块，用于获取所述数据接收模块传来的数据，并按顺序存储在对应的存储器模块中，还用于对所述存储器模块进行读写控制，按照计算逻辑将对应的所述存储器模块中的数据发送给雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块进行计算，以及接收雅克比矩阵控制模块传来的线性方程组求解更新值，并将所述线性方程组求解更新值存储至对应的存储器模块中；雅克比矩阵控制模块，用于对存储雅克比矩阵的存储器模块进行读写控制，并接收雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块以及线性方程组求解模块的返回数据，构成线性方程组的参数矩阵得到线性方程组求解更新值；雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块，用于对雅克比矩阵元素和各个节点功率不平衡量的计算；线性方程组求解模块，用于对线性方程组进行求解；数据发送模块，用于将潮流计算的计算结果发送至所述上位机。
[0009]
所述潮流计算有限状态机包括7个状态，分别为：等待数据接收状态、参数初始化状态、雅克比矩阵和计算不平衡量状态、前向消去状态、反向迭代和更新电压值状态、gb复位状态和结果返回状态。
[0010]
所述潮流计算有限状态机的状态转化过程为：fpga端上电后处于等待接收数据状态，数据接收模块检测端口是否有数据传入，当接收到上位机发送潮流计算的初始数据后，跳转至参数初始化状态；在参数初始化状态时，参数控制模块将潮流计算的初始数据存储至对应的存储器模块中，当参数初始化完成后，跳转至雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态；在雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态时，雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并存储至对应的存储器模块中，当计算完成后，判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求跳转至gb复位状态和结果返回状态，否则跳转至前向消去状态；在前向消去状态时，线性方程组求解模块负责线性方程组求解的前向消去过程，将线性方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至存储雅克比矩阵的存储器模块中，当高斯消去完成后，跳转至反向迭代和更新电压值状态；在反向迭代和更新电压值状态时，雅克比矩阵控制模块反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并通过参数控制模块将其存储至对应的存储器模块中，当反向迭代完成后，跳转至雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态进行下一轮的迭代计算；在gb复位状态时，参数控制模块复位存储导纳矩阵的存储器模块，为下一次潮流计算做准备；
在结果返回状态时，数据发送模块将处理后的潮流计算结果发送至上位机，当发送完成后，跳转至等待接收数据状态，等待下一次接收数据。
[0011]
所述雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块在计算时，将修正方程
△
w=－j
△
u表示为增广矩阵 a=[
△
w，j]的形式，在每一个迭代循环内，按时钟步同时计算出第i个节点相对于节点j的矩阵元素，对于n个节点网络，共迭代n个循环后能够计算出增广矩阵a中的所有元素，其中，
△
w表示功率不平衡量，j表示雅克比矩阵，
△
u表示功率不平衡量的修正值。
[0012]
所述线性方程组求解模块在计算时，对于n个节点网络，增广矩阵a的维数为[2n,2n+1]的情况，采用从四周向中间包围的矩阵元素并行计算过程，具体为：第i次消去增广矩阵a的元素a
ij(1)
的计算公式为，其中，，同时消去矩阵元素(i,j)、（2n+2－i,j）、(i,2n+3－j)、(2n+2－i,2n+3－j)，完成第i轮消去时，共需要次循环后能够转化为上三角形式。
[0013]
所述上位机包括初始数据准备模块，所述初始数据准备模块包括：提取单元，用于从数据中台提取rdf格式的基础电网数据；数据解析单元，用于对所述基础电网数据进行解析，并将所述基础电网数据转化为matpower标准矩阵数据格式；数据转换单元，用于按照所述fpga端定义的数据格式将matpower标准矩阵数据格式的基础电网数据转换为二进制初始数据。
[0014]
所述上位机包括数据处理模块，所述数据处理模块包括：结果接收单元，用于接收所述fpga端返回的潮流计算的二进制计算结果；结果处理单元，用于对所述二进制计算结果进行数据处理，形成电网各个节点的电压值。
[0015]
所述上位机和fpga端之间通过串口实现数据通信。
[0016]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于fpga的电力潮流计算方法，应用于上述的基于fpga的电力潮流计算系统，包括以下步骤：判断检测端口是否有数据传入，当接收到上位机发送潮流计算的初始数据后，将所述潮流计算的初始数据存储在对应的存储器模块中，完成参数初始化；按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并将计算结果存储至对应的存储器模块中；判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求则将计算结果返回给上位机，并复位存储器；如果不满足精度要求，则采用线性方程组求解的方式进行前向消去过程，将线性方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至存储雅克比矩阵的存储器模块中；通过反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并将节点电压ef值存储至对应的存储器模块中，当反向迭代完成后，跳转至所述按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，进行下一轮的迭代计算。
[0017]
有益效果
[0018]
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提出一种基于fpga开发板和verilog硬件电路描述语言的rtl级电力潮流计算硬件加速方式，其能够提升以cpu软件计算架构为主的电力潮流计算执行效率和便携性，解决了当前大型电网潮流计算资源消耗高和计算实效性低的问题。本发明通过设计潮流计算有限状态机，实现了潮流计算全流程的精确节拍级时钟控制逻辑，协调各个模块之间的数据处理与传输，同时采用的模块化设计为后续硬件算法升级带来便利。本发明设计了潮流计算中雅克比矩阵元素、功率不平衡量以及线性方程组求解的并行计算方式，提高了传统软件算法的计算速度。
附图说明
[0019]
图1是本发明实施方式基于fpga的电力潮流计算系统的整体框架图；图2是本发明实施方式中fpga端的结构示意图；图3是本发明实施方式中潮流计算有限状态机的示意图；图4是本发明实施方式中参数初始化的时序图；图5是本发明实施方式中不平衡量和前向消去时序图；图6是本发明实施方式中迭代求解方程组时序图；图7是本发明实施方式中结果数据返回与复位时序图；图8是本发明实施方式中雅克比矩阵和不平衡量并行计算过程示意图；图9是本发明实施方式中高斯消去前向过程示意图；图10是本发明实施方式中迭代后的消去结果的示意图。
具体实施方式
[0020]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0021]
本发明的实施方式涉及一种基于fpga的电力潮流计算系统，如图1所示，采用上位机和fpga端的两层计算架构，上位机和fpga端的数据通信是通过串口实现。
[0022]
其中，上位机包括初始数据准备模块和数据处理模块，其中，初始数据准备模块负责潮流计算的初始数据准备，数据处理模块负责对接收到潮流计算结果进行数据处理。初始数据准备模块包括：提取单元，用于从数据中台提取rdf格式的基础电网数据；数据解析单元，用于对所述基础电网数据进行解析，并将所述基础电网数据转化为matpower标准矩阵数据格式；数据转换单元，用于按照所述fpga端定义的数据格式将matpower标准矩阵数据格式的基础电网数据转换为二进制初始数据。数据处理模块包括：结果接收单元，用于接收所述fpga端返回的潮流计算的二进制计算结果；结果处理单元，用于对所述二进制计算结果进行数据处理，形成电网各个节点的电压值。
[0023]
本实施方式中fpga端通过verilog编写的rtl级潮流计算硬件算法，并映射到具体电路，负责电力潮流计算。
[0024]
如图2所示，fpga端包括9大模块，分别是时钟发生器模块、串口数据接收模块、串
口数据发送模块、结果数据生成模块、参数控制模块ram_ctrl0、雅克比矩阵控制模块ram_ctrl1、雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块delta_pq_jacoby、线性方程组求解模块gauss_compute、以及存储器模块，其中，存储器模块负责潮流计算的初始参数和计算结果的保存，包括导纳矩阵gb、gb矩阵中非零元素编号gb_id、pq节点的设定值、节点电压实部和虚部ef值、求解不平衡量x值、以及jacoby矩阵。
[0025]
各个模块的功能如下：时钟发生器模块，用于给潮流计算的硬件电路提供稳定的系统时钟；串口数据接收模块，用于接收所述上位机传来的潮流计算的初始数据；存储器模块，用于保存潮流计算的初始数据和计算结果；参数控制模块ram_ctrl0，用于获取所述数据接收模块传来的数据，并按顺序存储在对应的存储器模块中，还用于对所述存储器模块进行读写控制，按照计算逻辑将对应的所述存储器模块中的数据发送给雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块delta_pq_jacoby进行计算，以及接收雅克比矩阵控制模块ram_ctrl1传来的线性方程组求解更新值x，并将所述线性方程组求解更新值x存储至对应的存储器模块中；雅克比矩阵控制模块ram_ctrl1，用于对存储雅克比矩阵的存储器模块进行读写控制，并接收雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块delta_pq_jacoby以及线性方程组求解模块gauss_compute的返回数据，构成线性方程组的参数矩阵得到线性方程组求解更新值x；雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块delta_pq_jacoby，用于对雅克比矩阵元素和各个节点功率不平衡量的计算；线性方程组求解模块gauss_compute，用于对线性方程组进行求解；结果数据生成模块,负责对保存在存储器模块中的节点ef电压值的潮流计算结果进行处理，并按照4字节位长以串行格式传输给串口数据发送模块；串口数据发送模块，用于将潮流计算的计算结果发送至所述上位机。
[0026]
如图3所示，本实施方式中的潮流计算有限状态机包括7个状态，分别为：等待数据接收状态waiting_data、参数初始化状态initial_parameter、雅克比矩阵和计算不平衡量状态compute_pq、前向消去状态forward_reading、反向迭代和更新电压值状态back_reading&update_ef、gb复位状态reset_gb和结果返回状态result_reading。潮流计算有限状态机的状态转化过程如下：waiting_data：当系统上电后处于等待接收数据waiting_data状态，该状态检测串口是否有数据传入，当接收到上位机发送的数据后，跳转至参数初始化状态。
[0027]
initial_parameter：参数初始化状态负责将初始参数存储至对应的中，包括四个子状态，分别是基本参数初始化initial_para、gb非零元素坐标id_gb初始化initial_id_gb、gb非零元素初始化initial_gb、节点电压和设定值efpq初始化initial_efpq。参数初始化的时序如图4所示，当参数初始化完成后，跳转至雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态compute_pq。
[0028]
compute_pq：在compute_pq状态时，按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并存储至对应的ram存储器，雅克比矩阵和功率不平衡量计算时序如图5所示。当计算完成后，判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求跳转至gb
复位reset_gb和结果返回result_reading状态，否则跳转至前向消去forward_reading状态。
[0029]
forward_reading：该状态时，负责线性方程组求解的前向消去过程，将线性方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至jacoby矩阵ram，前向消去过程时序如图5所示。当高斯消去完成后，跳转至反向迭代和更新电压值back_reading&update_ef状态。
[0030]
back_reading&update_ef：该状态负责反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并存储至对应ram，当反向迭代完成后，跳转至compute_pq进行下一轮的迭代计算。
[0031]
reset_gb：该状态负责复位导纳矩阵ram存储器，为下一次潮流计算做准备。
[0032]
result_reading：该状态负责将处理后的潮流计算结果按照串行格式发送至上位机。当结果发送完成后，跳转至waiting_data，等待下一次接收数据。
[0033]
图6为迭代求解方程组的时序图，经过三次迭代满足精度要求，图7为复位gb存储器和返回结果数据时序图。
[0034]
如图8所示，本实施方式中雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块delta_pq_jacoby在计算时，将修正方程
△
w=－j
△
u表示为增广矩阵 a=[
△
w，j]的形式，在每一个迭代循环内，按时钟步同时计算出第i个节点相对于节点j的矩阵元素，对于n个节点网络，共迭代n个循环后能够计算出增广矩阵a中的所有元素，其中，
△
w=[
△
p1△
q1ꢀ…ꢀ△
pm△
qm△
p
m+1
△um+12
…ꢀ△
p
n－1
△un－12
]，表示功率不平衡量，即m个pq节点和n-m-1个pu节点的功率不平衡量，j表示雅克比矩阵，
△
u表示功率不平衡量的修正值。
[0035]
如图9所示，本实施方式中线性方程组求解模块在计算时，对于n个节点网络，增广矩阵a的维数为[2n,2n+1]的情况，采用从四周向中间包围的矩阵元素并行计算过程，具体为：第i次消去增广矩阵a的元素a
ij(1)
的计算公式为，其中，，同时消去矩阵元素(i,j)、（2n+2－i,j）、(i,2n+3－j)、(2n+2－i,2n+3－j)，完成第i轮消去时，共需要次循环，1次消去后矩阵如图10中的（a）所示，对于4节点网络，共需要5次迭代，最终转化为上三角形式，如图10中的(b)所示。
[0036]
本实施方式还涉及一种基于fpga的电力潮流计算方法，该方法可以应用于上述基于fpga的电力潮流计算系统，包括以下步骤：判断检测端口是否有数据传入，当接收到上位机发送潮流计算的初始数据后，将所述潮流计算的初始数据存储在对应的存储器模块中，完成参数初始化；按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并将计算结果存储至对应的存储器模块中；判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求则将计算结果返回给上位机，并复位存储器；如果不满足精度要求，则采用线性方程组求解的方式进行前向消去过程，将线性
方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至存储雅克比矩阵的存储器模块中；通过反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并将节点电压ef值存储至对应的存储器模块中，当反向迭代完成后，跳转至所述按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，进行下一轮的迭代计算。
[0037]
不难发现，本发明提出一种基于fpga开发板和verilog硬件电路描述语言的rtl级电力潮流计算硬件加速方式，其能够提升以cpu软件计算架构为主的电力潮流计算执行效率和便携性，解决了当前大型电网潮流计算资源消耗高和计算实效性低的问题。本发明通过设计潮流计算有限状态机，实现了潮流计算全流程的精确节拍级时钟控制逻辑，协调各个模块之间的数据处理与传输，同时采用的模块化设计为后续硬件算法升级带来便利。本发明设计了潮流计算中雅克比矩阵元素、功率不平衡量以及线性方程组求解的并行计算方式，提高了传统软件算法的计算速度。

技术特征：
1.一种基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，包括上位机和fpga端；所述上位机用于向所述fpga端提供潮流计算的初始数据，以及处理所述fpga端返回的潮流计算结果；所述fpga端通过潮流计算有限状态机实现潮流计算全流程的时钟控制逻辑，协调各个模块之间的数据处理与传输，完成电力潮流计算；所述fpga端包括：时钟发生器模块，用于给潮流计算的硬件电路提供稳定的系统时钟；数据接收模块，用于接收所述上位机传来的潮流计算的初始数据；存储器模块，用于保存潮流计算的初始数据和计算结果；参数控制模块，用于获取所述数据接收模块传来的数据，并按顺序存储在对应的存储器模块中，还用于对所述存储器模块进行读写控制，按照计算逻辑将对应的所述存储器模块中的数据发送给雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块进行计算，以及接收雅克比矩阵控制模块传来的线性方程组求解更新值，并将所述线性方程组求解更新值存储至对应的存储器模块中；雅克比矩阵控制模块，用于对存储雅克比矩阵的存储器模块进行读写控制，并接收雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块以及线性方程组求解模块的返回数据，构成线性方程组的参数矩阵得到线性方程组求解更新值；雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块，用于对雅克比矩阵元素和各个节点功率不平衡量的计算；线性方程组求解模块，用于对线性方程组进行求解；数据发送模块，用于将潮流计算的计算结果发送至所述上位机。2.根据权利要求1所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述潮流计算有限状态机包括7个状态，分别为：等待数据接收状态、参数初始化状态、雅克比矩阵和计算不平衡量状态、前向消去状态、反向迭代和更新电压值状态、gb复位状态和结果返回状态。3.根据权利要求2所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述潮流计算有限状态机的状态转化过程为：fpga端上电后处于等待接收数据状态，数据接收模块检测端口是否有数据传入，当接收到上位机发送潮流计算的初始数据后，跳转至参数初始化状态；在参数初始化状态时，参数控制模块将潮流计算的初始数据存储至对应的存储器模块中，当参数初始化完成后，跳转至雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态；在雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态时，雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并存储至对应的存储器模块中，当计算完成后，判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求跳转至gb复位状态和结果返回状态，否则跳转至前向消去状态；在前向消去状态时，线性方程组求解模块负责线性方程组求解的前向消去过程，将线性方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至存储雅克比矩阵的存储器模块中，当高斯消去完成后，跳转至反向迭代和更新电压值状态；在反向迭代和更新电压值状态时，雅克比矩阵控制模块反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并通过参数控制模块将其存储至对应的存储器模块中，当反向迭代完成后，跳转至雅克比矩阵和功率不平衡量计算状态进行下一轮的迭代计算；
在gb复位状态时，参数控制模块复位存储导纳矩阵的存储器模块，为下一次潮流计算做准备；在结果返回状态时，数据发送模块将处理后的潮流计算结果发送至上位机，当发送完成后，跳转至等待接收数据状态，等待下一次接收数据。4.根据权利要求1所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵和功率不平衡量计算模块在计算时，将修正方程
△
w=－j
△
u表示为增广矩阵a=[
△
w，j]的形式，在每一个迭代循环内，按时钟步同时计算出第i个节点相对于节点j的矩阵元素，对于n个节点网络，共迭代n个循环后能够计算出增广矩阵a中的所有元素，其中，
△
w表示功率不平衡量，j表示雅克比矩阵，
△
u表示功率不平衡量的修正值。5.根据权利要求4所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述线性方程组求解模块在计算时，对于n个节点网络，增广矩阵a的维数为[2n,2n+1]的情况，采用从四周向中间包围的矩阵元素并行计算过程，具体为：第i次消去增广矩阵a的元素a
ij(1)
的计算公式为，其中，，同时消去矩阵元素(i,j)、（2n+2－i,j）、(i,2n+3－j)、(2n+2－i,2n+3－j)，完成第i轮消去时，共需要次循环后能够转化为上三角形式。6.根据权利要求1所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述上位机包括初始数据准备模块，所述初始数据准备模块包括：提取单元，用于从数据中台提取rdf格式的基础电网数据；数据解析单元，用于对所述基础电网数据进行解析，并将所述基础电网数据转化为matpower标准矩阵数据格式；数据转换单元，用于按照所述fpga端定义的数据格式将matpower标准矩阵数据格式的基础电网数据转换为二进制初始数据。7.根据权利要求1所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述上位机包括数据处理模块，所述数据处理模块包括：结果接收单元，用于接收所述fpga端返回的潮流计算的二进制计算结果；结果处理单元，用于对所述二进制计算结果进行数据处理，形成电网各个节点的电压值。8.根据权利要求1所述的基于fpga的电力潮流计算系统，其特征在于，所述上位机和fpga端之间通过串口实现数据通信。9.一种基于fpga的电力潮流计算方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任一所述的基于fpga的电力潮流计算系统，包括以下步骤：判断检测端口是否有数据传入，当接收到上位机发送潮流计算的初始数据后，将所述潮流计算的初始数据存储在对应的存储器模块中，完成参数初始化；按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，并将计算结果存储至对应的存储器模块中；判断当前迭代误差是否满足精度要求，如果满足精度要求则将计算结果返回给上位
机，并复位存储器；如果不满足精度要求，则采用线性方程组求解的方式进行前向消去过程，将线性方程组系数矩阵转化成上三角形式，并存储至存储雅克比矩阵的存储器模块中；通过反向迭代求解出各个节点的电压修正量，同时并行更新修正后的节点电压ef值，并将节点电压ef值存储至对应的存储器模块中，当反向迭代完成后，跳转至所述按照节点顺序计算雅克比矩阵元素和各个节点的功率不平衡量，进行下一轮的迭代计算。

技术总结
本发明涉及一种基于FPGA的电力潮流计算系统和方法，其中，系统包括上位机和FPGA端；所述上位机用于向所述FPGA端提供潮流计算的初始数据，以及处理所述FPGA端返回的潮流计算结果；所述FPGA端通过潮流计算有限状态机实现潮流计算全流程的时钟控制逻辑，协调各个模块之间的数据处理与传输，完成电力潮流计算。本发明能够提升以CPU软件计算架构为主的电力潮流计算的执行效率。计算的执行效率。计算的执行效率。


技术研发人员：魏心泉 张小雪 孙雯雯 陆一鸣 吕广宪 刘鹏 王立岩 刘军 杜建 王国庆 刘玉芳
受保护的技术使用者：国网上海能源互联网研究院有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/18