解决方案丨EasyGo新能源系统实时仿真应用

 

一、应用背景

新能源专业的发展受到了全球新能源技术发展的推动和需求的支持，高校新能源专业的发展正逐步与新能源技术的发展趋势相适应，致力于培养适应新能源领域发展需求的优秀专业人才。

▍专业设置多元化：高校增设多种新能源专业 培养全方位研发、设计、 应用与管理人才。

▍跨学科融合：新能源专业融合多领域知识，培养具有综合背景的专业人才。

▍强化实践教学：注重实验与项目参与，提升学生动手能力和问题解决技巧。

▍国际交流合作：加强与国内外合作，拓宽学生视野，促进技术创新与应用。

▍创新创业教育：鼓励创新思维与创业精神，推动新能源技术商业化发展。

▍可持续发展教育：融入可持续发展理念，培养具备社会责任感的新能源人才。

二、新能源实时仿真技术

新能源实时仿真技术作为一种高效、低成本的研发手段，已经成为新能源技术发展的重要支撑。新能源实时仿真解决方案可以帮助设计者更好地了解新能源产品和系统的性能和特性，提高开发效率，并减少实际测试和试验的时间和成本。

在新能源领域，实时仿真解决方案可以应用于以下方面：

 

▍储能系统优化：实时仿真评估储能性能，优化系统的设计和控制策略，提升储能效率与稳定性。

▍电力电子与发电设备：实时仿真助力电力电子设备及新型发电设备的设计、验证与优化。

▍智能电网评估与管理：实时仿真验证新能源与传统电网互连稳定性，优化能源管理策略。

▍新能源车辆系统验证：实时仿真建模并验证新能源车辆的电池管理、电动机控制等系统。

三、基于EasyGo的新能源实时仿真解决方案

EasyGo新能源实时仿真系统旨在为新能源相关专业的本科生和研究生提供技术领先、性能优异的创新实验平台，基于该建设方案构建的创新实验基地，能够辅助本科生和研究生进行相关专业课、选修课的教学和实验。

1、平台架构

EasyGo新能源实时仿真系统是一种模型在回路（Model in the loop）的实验系统，是现有各种教学与科研实验室的数字化和虚拟化。其基本原理是用运行着数学模型的实时仿真器来模拟实际新能源系统的特性行为和各种工况，同时将控制算法模型通过快速控制器进行验证，两者通过实际的I/O接口连接，来进行闭环的测试验证。

2、系统组成

新能源实时仿真创新系统由4个部分组成：

▍实时仿真机EG-Box-Mini K1011

可将用Simulink建模环境搭建的被控对象（电力电子电路系统和拓扑）在机箱配置的FPGA硬件上进行实时仿真，将被控对象的特性仿真出来并反馈信号至控制侧，完成实验系统的闭环，或者结合实际的电路模块，完成整个系统的闭环运行。

▍快速原型控制器EGBox-Mini K0111

用于实现仿真实验中需要用到的Simulink控制算法，向实时仿真机箱发出控制信号，构成闭环的实验系统，用于进行控制理论实验课程。

▍MIL信号转接盒

用于仿真器与控制器之间传递信号，配置了BNC观测端，便于学生观察实际信号，直观理解系统运行原理。

▍上位机

用于运行DeskSim实时仿真软件，将不同模型部署到不同的硬件平台上，并对模型进行配置与实时监控。

3、EGBox-Mini 产品系列

EGBox-Mini是EasyGo实时仿真产品系列中的入门级产品。它采用一体化便携设计，便于在实验桌上快速进行开发和测试。基于其多核实时CPU+FPGA的硬件架构，方便和实际设备进行连接来进行硬件在环测试。

其中，EGBox-Mini k0111 用于做RCP快速原型控制器，EG-Box-Mini k1011用来做HIL实时仿真器。

4、实验例程

实时仿真实验系统提供了配套的实验课程例程以及例程说明书。基于平台的开放性，除提供的20种新能源相关的实验例程外，用户还可自己添加更多的教学或创新型的实验内容。

所有实验均包含离线程序，控制算法实时程序，电路仿真实时程序等。其中，仿真侧模型采用实时仿真器，实现1微秒的高速仿真运行；控制侧采用快速原型控制器，运行对应控制程序。

▍仿真验证

在实时仿真验证中，模型分为CPU部分和FPGA部分，整个实时仿真过程均可以在线调整参数，以及在线波形观测界面。

▶采用实时仿真器进行被控对象模型实时仿真时

CPU部分采用100us 步长进行各类电池，光伏组件，风力机等模型的实时仿真，FPGA 部分采用小步长运行（0.2-1.5μs）电机与电力电子设备模型。

▶采用快速原型控制器进行控制算法模型实时模拟时

CPU部分采用50-100us 步长进行控制算法模型的实时仿真，FPGA 部分则进行高速的PWM生成，电机编码器读取等工作。