極簡物控團隊研發的基于“低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)+Twincat3”的綜合能源系統分布式硬件加速仿真平台與浙江多(duō)地高(gāo)校(xiào)開(kāi)展合作(zuò)，近日再新增一個(gè)科研教學應用案例！

 圖1 低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)和(hé)工業PC

綜合能源系統仿真技(jì)術(shù)可(kě)以對系統進行(xíng)詳細的數(shù)字建模和(hé)模拟計(jì)算(suàn)，實現對系統運行(xíng)狀态的分析和(hé)預測，為(wèi)綜合能源系統的建設提供有(yǒu)效的研究手段與決策支撐，幫助研究人(rén)員更好地掌握系統運行(xíng)機理(lǐ)。

因此，綜合能源系統仿真技(jì)術(shù)已成為(wèi)目前各電(diàn)力相關高(gāo)校(xiào)院校(xiào)、科研單位争相關注的焦點之一。

圖2 現場(chǎng)實際應用情況

一、現有(yǒu)綜合能源系統仿真技(jì)術(shù)存在哪些(xiē)不足？

目前，我們常用的綜合能源系統仿真平台，主要存在以下三個(gè)問題：

一是仿真速度難以提升。仿真算(suàn)法優化難度大(dà)，難以有(yǒu)效提升系統并行(xíng)計(jì)算(suàn)效率。

二是仿真模型精度不足。不同設備物理(lǐ)機理(lǐ)的差異性，進一步加大(dà)了系統統一建模的難度，導緻不同種類能源設備的仿真精度差異大(dà)，仿真結果與實際成效差異較大(dà)。

三是仿真工具适應性差。不同仿真工具都有(yǒu)各自特點，适合于特定的典型應用場(chǎng)景，整體(tǐ)通(tōng)用性和(hé)拓展性不強。

舉個(gè)例子。

在仿真速度上(shàng)：MATLAB/Simulink主要用于電(diàn)力電(diàn)子仿真，提供了底層數(shù)學建模工具和(hé)元器(qì)件，種類豐富，但(dàn)整體(tǐ)計(jì)算(suàn)效率偏低(dī)，無法滿足涉及複雜能源耦合場(chǎng)景以上(shàng)的仿真需求。

在仿真精度上(shàng)：EnergyPlan智能能源系統考慮國家(jiā)/地區(qū)級的電(diàn)力、熱力和(hé)運輸供應條件基礎上(shàng)，基于啓發式規則進行(xíng)一年時(shí)間(jiān)範圍內(nèi)的每小(xiǎo)時(shí)優化測算(suàn)，但(dàn)是缺少(shǎo)對網絡約束的具體(tǐ)建模，精度不足。

在場(chǎng)景适應上(shàng)：RETScreen清潔能源管理(lǐ)軟件以經濟和(hé)環境指數(shù)作(zuò)為(wèi)評估标準，以“基本案例”為(wèi)參照，評估“研究案例”的可(kě)行(xíng)性。但(dàn)分析時(shí)間(jiān)步長是每月一次，一般僅适用于綜合能源系統規劃和(hé)頂層設計(jì)。

目前，國內(nèi)多(duō)家(jiā)高(gāo)校(xiào)與科研機構也在着手綜合能源仿真系統的開(kāi)發工作(zuò)，相繼發布了一些(xiē)原型系統，但(dàn)上(shàng)述三個(gè)問題仍未得(de)到較好解決。

二、什麽是極簡物控的綜合能源系統分布式硬件加速仿真平台？

極簡物控的綜合能源系統分布式硬件加速仿真平台，以Twincat3為(wèi)“仿真模型搭建平台”，以低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)為(wèi)“控制(zhì)策略編輯器(qì)”，成功實現硬件在環仿真（即半實物仿真），有(yǒu)效提升仿真結果精度，能夠以較低(dī)的成本快速驗證控制(zhì)策略對于不同應用場(chǎng)景的正确性與可(kě)行(xíng)性。

在性能優勢上(shàng)：

首先，仿真速度快。通(tōng)過Twincat3實現硬件加速，CPU、存儲器(qì)和(hé)內(nèi)存資源都有(yǒu)了數(shù)量級的提升，支持大(dà)規模非線性系統仿真，大(dà)幅提升仿真平台計(jì)算(suàn)速度，尤其是面對浮點運算(suàn)以及其他複雜算(suàn)法時(shí)性能優越。

其次，仿真精度高(gāo)。引入低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)硬件設備，實現硬件在環仿真，更加貼近實際運行(xíng)情況，提高(gāo)仿真結果的可(kě)參考性。

再者，可(kě)拓展性強。低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)支持“0”編程設計(jì)控制(zhì)策略，解決模型搭建困難、精度不高(gāo)的問題，具備強大(dà)的運算(suàn)功能，能夠快速适應不同個(gè)性化場(chǎng)景的控制(zhì)需求。

最後，使用門(mén)檻低(dī)。平台允許用戶使用Matlab/Simulink進行(xíng)模型搭建與轉換，然後将模塊導入平台調試即可(kě)，學習門(mén)檻低(dī)，交互性強，模型案例豐富。

在應用優勢上(shàng)：

對高(gāo)校(xiào)教學來(lái)說，相較傳統的仿真系統，低(dī)代碼的控制(zhì)策略配置方式，能夠讓學生(shēng)從複雜的控制(zhì)策略設計(jì)中解放出來(lái)，關注于綜合能源系統本身的運行(xíng)特點。此外，在大(dà)大(dà)突破常規仿真平台算(suàn)力上(shàng)限的同時(shí)，與經典教學仿真軟件Matlab/Simulink軟件的友(yǒu)好交互，提供了海量的基礎模型案例。

對科學研究來(lái)說，相較純數(shù)字仿真，硬件在環仿真條件更接近實際情況，更能正确地對設計(jì)出控制(zhì)器(qì)性能進行(xíng)檢驗和(hé)調試，有(yǒu)利于開(kāi)發新型控制(zhì)系統和(hé)算(suàn)法，減少(shǎo)現場(chǎng)調試次數(shù)，縮短(duǎn)産品開(kāi)發周期。

圖3 平台仿真示意圖

三、三步輕松應用極簡物控的綜合能源系統分布式硬件加速仿真平台！

以微電(diàn)網黑(hēi)啓動仿真實驗為(wèi)例，實現微電(diàn)網黑(hēi)啓動以及運行(xíng)後的燃機功率分配控制(zhì)，介紹仿真平台的使用方法：

第一步：搭建仿真模型。微電(diàn)網場(chǎng)景由8台330kW燃機、2台500kW儲能電(diàn)源和(hé)1台可(kě)變負荷組成，在TwinCAT3創建微電(diàn)網仿真模型。

第二步：配置控制(zhì)策略。通(tōng)過低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)配置微電(diàn)網控制(zhì)策略，此處包括黑(hēi)啓動和(hé)燃機功率分配策略，并将低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)定義測點和(hé)仿真項目輸入輸出對應起來(lái)，進入低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)網頁端上(shàng)傳、解析、讀取配置文件。

第三步：最後點擊運行(xíng)，觀察結果即可(kě)。

相同案例下，對比Simulink仿真，綜合能源系統分布式硬件加速仿真平台将時(shí)間(jiān)由67min縮短(duǎn)至32min，減少(shǎo)了52.33%的仿真時(shí)間(jiān)，效率更高(gāo)，精度更好！

更快速的仿真計(jì)算(suàn)，更精确的仿真模型，更通(tōng)用的仿真工具，綜合能源系統的發展，離不開(kāi)功能強大(dà)、日益豐富的仿真理(lǐ)念和(hé)仿真技(jì)術(shù)

極簡物控團隊也将繼續緻力于綜合能源管理(lǐ)領域的應用與研究，歡迎廣大(dà)同仁交流指正！

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