解決方案丨EasyGo新能源系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用

一、應(yīng)用背景

新能源專業(yè)的發(fā)展受到了全球新能源技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)和需求的支持，高校新能源專業(yè)的發(fā)展正逐步與新能源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，致力于培養(yǎng)適應(yīng)新能源領(lǐng)域發(fā)展需求的優(yōu)秀專業(yè)人才。

▍專業(yè)設(shè)置多元化：高校增設(shè)多種新能源專業(yè) 培養(yǎng)全方位研發(fā)、設(shè)計(jì)、 應(yīng)用與管理人才。

▍跨學(xué)科融合：新能源專業(yè)融合多領(lǐng)域知識(shí)，培養(yǎng)具有綜合背景的專業(yè)人才。

▍強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)：注重實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目參與，提升學(xué)生動(dòng)手能力和問題解決技巧。

▍國際交流合作：加強(qiáng)與國內(nèi)外合作，拓寬學(xué)生視野，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用。

▍創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：鼓勵(lì)創(chuàng)新思維與創(chuàng)業(yè)精神，推動(dòng)新能源技術(shù)商業(yè)化發(fā)展。

▍可持續(xù)發(fā)展教育：融入可持續(xù)發(fā)展理念，培養(yǎng)具備社會(huì)責(zé)任感的新能源人才。

二、新能源實(shí)時(shí)仿真技術(shù)

新能源實(shí)時(shí)仿真技術(shù)作為一種高效、低成本的研發(fā)手段，已經(jīng)成為新能源技術(shù)發(fā)展的重要支撐。新能源實(shí)時(shí)仿真解決方案可以幫助設(shè)計(jì)者更好地了解新能源產(chǎn)品和系統(tǒng)的性能和特性，提高開發(fā)效率，并減少實(shí)際測(cè)試和試驗(yàn)的時(shí)間和成本。

在新能源領(lǐng)域，實(shí)時(shí)仿真解決方案可以應(yīng)用于以下方面：

▍儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化：實(shí)時(shí)仿真評(píng)估儲(chǔ)能性能，優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制策略，提升儲(chǔ)能效率與穩(wěn)定性。

▍電力電子與發(fā)電設(shè)備：實(shí)時(shí)仿真助力電力電子設(shè)備及新型發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與優(yōu)化。

▍智能電網(wǎng)評(píng)估與管理：實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證新能源與傳統(tǒng)電網(wǎng)互連穩(wěn)定性，優(yōu)化能源管理策略。

▍新能源車輛系統(tǒng)驗(yàn)證：實(shí)時(shí)仿真建模并驗(yàn)證新能源車輛的電池管理、電動(dòng)機(jī)控制等系統(tǒng)。

三、基于EasyGo的新能源實(shí)時(shí)仿真解決方案

EasyGo新能源實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)旨在為新能源相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生提供技術(shù)領(lǐng)先、性能優(yōu)異的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于該建設(shè)方案構(gòu)建的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地，能夠輔助本科生和研究生進(jìn)行相關(guān)專業(yè)課、選修課的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。

1、平臺(tái)架構(gòu)

EasyGo新能源實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是一種模型在回路（Model in the loop）的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。其基本原理是用運(yùn)行著數(shù)學(xué)模型的實(shí)時(shí)仿真器來模擬實(shí)際新能源系統(tǒng)的特性行為和各種工況，同時(shí)將控制算法模型通過快速控制器進(jìn)行驗(yàn)證，兩者通過實(shí)際的I/O接口連接，來進(jìn)行閉環(huán)的測(cè)試驗(yàn)證。

2、系統(tǒng)組成

新能源實(shí)時(shí)仿真創(chuàng)新系統(tǒng)由4個(gè)部分組成：

▍實(shí)時(shí)仿真機(jī)EG-Box-Mini K1011

可將用Simulink建模環(huán)境搭建的被控對(duì)象（電力電子電路系統(tǒng)和拓?fù)洌┰跈C(jī)箱配置的FPGA硬件上進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，將被控對(duì)象的特性仿真出來并反饋信號(hào)至控制側(cè)，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的閉環(huán)，或者結(jié)合實(shí)際的電路模塊，完成整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)行。

▍快速原型控制器EGBox-Mini K0111

用于實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)中需要用到的Simulink控制算法，向?qū)崟r(shí)仿真機(jī)箱發(fā)出控制信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于進(jìn)行控制理論實(shí)驗(yàn)課程。

▍MIL信號(hào)轉(zhuǎn)接盒

用于仿真器與控制器之間傳遞信號(hào)，配置了BNC觀測(cè)端，便于學(xué)生觀察實(shí)際信號(hào)，直觀理解系統(tǒng)運(yùn)行原理。

▍上位機(jī)

用于運(yùn)行DeskSim實(shí)時(shí)仿真軟件，將不同模型部署到不同的硬件平臺(tái)上，并對(duì)模型進(jìn)行配置與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3、EGBox-Mini 產(chǎn)品系列

EGBox-Mini是EasyGo實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品系列中的入門級(jí)產(chǎn)品。它采用一體化便攜設(shè)計(jì)，便于在實(shí)驗(yàn)桌上快速進(jìn)行開發(fā)和測(cè)試。基于其多核實(shí)時(shí)CPU+FPGA的硬件架構(gòu)，方便和實(shí)際設(shè)備進(jìn)行連接來進(jìn)行硬件在環(huán)測(cè)試。

其中，EGBox-Mini k0111用于做RCP快速原型控制器，EG-Box-Mini k1011用來做HIL實(shí)時(shí)仿真器。

4、實(shí)驗(yàn)例程

實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了配套的實(shí)驗(yàn)課程例程以及例程說明書。基于平臺(tái)的開放性，除提供的20種新能源相關(guān)的實(shí)驗(yàn)例程外，用戶還可自己添加更多的教學(xué)或創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

所有實(shí)驗(yàn)均包含離線程序，控制算法實(shí)時(shí)程序，電路仿真實(shí)時(shí)程序等。其中，仿真?zhèn)饶Ｐ筒捎脤?shí)時(shí)仿真器，實(shí)現(xiàn)1微秒的高速仿真運(yùn)行；控制側(cè)采用快速原型控制器，運(yùn)行對(duì)應(yīng)控制程序。

▍仿真驗(yàn)證

在實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證中，模型分為CPU部分和FPGA部分，整個(gè)實(shí)時(shí)仿真過程均可以在線調(diào)整參數(shù)，以及在線波形觀測(cè)界面。

?采用實(shí)時(shí)仿真器進(jìn)行被控對(duì)象模型實(shí)時(shí)仿真時(shí)

CPU部分采用100us 步長進(jìn)行各類電池，光伏組件，風(fēng)力機(jī)等模型的實(shí)時(shí)仿真，F(xiàn)PGA 部分采用小步長運(yùn)行（0.2-1.5μs）電機(jī)與電力電子設(shè)備模型。

?采用快速原型控制器進(jìn)行控制算法模型實(shí)時(shí)模擬時(shí)

CPU部分采用50-100us步長進(jìn)行控制算法模型的實(shí)時(shí)仿真，F(xiàn)PGA 部分則進(jìn)行高速的PWM生成，電機(jī)編碼器讀取等工作。