(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210784727.8 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 南方电网科 学研究院有限责任公司 地址 510663 广东省广州市萝岗区科 学城 科翔路11号J1栋3、 4、 5楼及J3 栋3楼 (72)发明人 郭琦　郭天宇　郭海平　卢远宏　 黄立滨　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 孔祥玥 (51)Int.Cl. G06F 15/78(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种电磁暂态实时仿真装置及系统 (57)摘要 本申请公开了一种电磁暂态实时仿真装置 及系统， 该装置包括单元级、 场站级和电网级三 个层级的仿真模块， 单元级仿真模块的第一FPGA 集合可以实现5微秒以下的小步长实时仿真， 满 足了新型电力系统精细化仿真需求， 场站级仿真 模块的第一CPU 集合可以实现20微秒以上的大步 长实时仿真， 第二FPGA可以实现5微秒以下的小 步长实时仿真， 兼顾了新型电力系统规模化与精 细化仿真需求， 电网级仿真模块的第二CPU集合 可以实现20微秒以上的大步长实时仿真， 满足了 新型电力系统规模化仿真需求。 显然， 本申请具 备单元级、 场站级和电网级三个层级的仿真模 块， 大、 小 步长都有对应的仿真模块进行仿真， 同 时兼顾了新型电力系统仿真规模的需求和仿真 精度需求。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115114227 A 2022.09.27 CN 115114227 A 1.一种电磁 暂态实时仿真装置， 其特征在于， 所述装置包括电网级仿真模块、 场站级仿 真模块以及单 元级仿真模块； 所述单元级仿真模块基于第一FPGA集合构成， 所述第一FP GA集合由多个第一FP GA模块 组成， 每个所述第一FPGA模块由多个互联的FPGA组成， 所述第一FPGA集合用于实现5微秒以 下的小步长实时仿真； 所述场站级仿真模块基于第一CPU集合和第二FP GA集合构成， 所述第一CPU集合由多个 第一CPU组成， 每个所述第一CPU由多个计算核组成， 所述第一CPU集合用于实现20微秒以上 的大步长实时仿真， 所述第二FPGA集合由多个第二FPGA模块组成， 每个所述第二FPGA模块 由多个互联的FPGA组成， 所述第二FPGA用于实现5微秒以下的小步长实时仿真， 所述第一 CPU与所述第二FPGA模块之间互联； 所述电网级仿真模块基于第二CPU集合构成， 所述第二CPU集合由多个第二CPU 组成， 每 个所述第二CPU由多个计算核组成， 所述第二CPU集合用于实现20微秒以上的大步长实时仿 真。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述单元级仿真模块的仿真规模为所述第 一FPGA集 合中各个FPGA的仿真规模的总和； 所述单元级仿真模块的仿真规模的计算公式如下： 其中， Cunit为所述单元级仿真模块的仿真规模， n为所述第一FPGA模块的个数， aunit‑i为 第i个第一FPGA模块中互联的FPGA个数， CFPGA为单个FPGA仿真规模。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述场站级仿真模块的仿真规模为所述第 一CPU集合中各个CPU的仿真规模与所述第一FPGA集 合中各个FPGA的仿真规模的总和； 所述场站级仿真模块的仿真规模的计算公式如下： 其中， Cstation为所述场站级仿真模块的仿真规模， m1为所述第一CPU集合中的CPU个数， bstation‑i为所述第一CP U集合中的第i个CPU中计算核的个数， CCPU为单个CP U中单个计算核的 仿真规模， kj为与第j个CPU互联的第二FPGA模块的个数， astation‑i为第i个第二FPGA模块中 互联的FPGA个数， CFPGA为单个FPGA仿真规模。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述电网级仿真模块的仿真规模为所述第 二CPU集合中各个CPU的仿真规模的总和； 所述电网级仿真模块的仿真规模的计算公式如下： 其中， Cgrid为所述电网级仿真模块的仿真规模， m2为所述第二CPU集合中的CPU个数， bgrid‑i为所述第二CPU集合中的第i个CPU中计算核的个数， CCPU为单个CPU中单个计算核的仿 真规模。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115114227 A 25.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 互联的所述第一CPU与所述第二FPGA模块 之间通过PCIE进行通信。 6.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述第一FPGA集合实时仿真的步长为0.5 微秒至5微秒范围内的任意 步长。 7.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述第一CPU集合实时仿真的步长为20微 秒至100微秒范围内的任意 步长； 所述第二FPGA集 合实时仿真的步长为0.5微秒至 5微秒范围内的任意 步长。 8.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述第二CPU集合实时仿真的步长为20微 秒至100微秒范围内的任意 步长。 9.一种电磁暂态实时仿真系统， 其特征在于， 包括： 权利要求1 ‑8任一项的电磁暂态实 时仿真装置、 监控 模块、 录波模块、 波形分析模块、 计时模块； 所述监控模块， 用于监控在电磁暂态实时仿真过程中用户指定的目标监视量； 所述录波模块， 用于将所述目标监视量进行可视化显示， 并保存所述目标监视量的显 示结果； 所述波形分析模块， 用于读取所述目标监视量的显示结果， 以供用户按设定的条件分 析所述目标监视量的显示结果； 所述计时模块， 用于记录电磁暂态实时仿真过程中每一环节的用时， 以及显示记录得 到的用时。 10.根据权利要求9所述的系统， 其特征在于， 所述电磁暂态实时仿真装置的仿真规模 为所述装置的单 元级仿真模块、 场站级仿真模块以及电网级仿真模块的仿真规模的总和； 所述电磁暂态实时仿真装置的仿真规模的计算公式如下： 其中， Ctotal为所述电磁暂态实时仿真装置的仿真规模， CCPU为单个CPU中单各计算核的 仿真规模， m1为场站级 仿真模块的CPU个数， m2为电网级仿真模块的CPU个数， bstation‑i为场站 级仿真模块的第i个CPU中计算核的个数， bgrid‑i为电网级仿真模块的第i个CPU 中计算核的 个数， CFPGA为单个FPGA仿真规模， kj为与第j个CPU互联且为场站级仿真模块中的FPGA模块 数， astation‑i为场站级仿真模块中的第i个FPGA模块中互联的FPGA个数， n为单元级仿真模块 中的FPGA模块数， aunit‑i为单元级仿真模块中的第i个FPGA模块中互联的FPGA个数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115114227 A 3