电力系统应用

使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape 构建商业能源管理系统

为数据中心、工厂和建筑设计、建模和仿真能源管理系统

借助 MATLAB 和 Simulink,您可以结合实际数据和仿真模型来研究和优化复杂电气负载及冷却系统的行为。开发用于商业建筑、工厂、AI 数据中心和燃料电池的闭环和监控能源管理系统。

作为 KOICA 主导的项目和摩洛哥绿色技术研发综合支持项目的一部分,我们设计并构建了 300 kW 微网测试平台的整套系统配置,并构建了基于模型设计的 SCADA 系统,以便当地研究人员使用。

对数据中心能源需求的影响进行建模与仿真

MATLAB、Simulink 和 Simscape 产品帮助工程师对 AI 和云计算增长驱动的数据中心能源需求进行建模。对于超大规模数据中心运营商,MATLAB 和 Simscape Electrical 使其能够预测高强度计算资源所需的数千兆瓦电力需求,了解这种复杂可变负载对所连接配电系统的影响,并确定冷却数据中心资源的最佳方式。对于当地公用事业公司,Simscape Electrical 帮助其了解当地电网必须如何升级,以应对不可预测负载导致的频率和电压波动,及其引入的不良电网谐波。

数据中心功耗建模

您可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape 产品对机架服务器中的高性能 TPU 和 GPU 使用的电力进行建模和仿真,计算数据中心内系统或整个数据中心产生的热量,并规划运行期间所需的冷却和冷却系统功耗。


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分析数据中心对电网的影响

您可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical,通过分析数据中心的稳态和瞬态电气行为,对超大规模数据中心给本地配电系统带来的压力进行建模和仿真。借助 Simscape Electrical,您可以构建数据中心以及电网上其他负载和发电机的不同保真度模型。在此基础上,您能执行多尺度的仿真分析:既涵盖长期的电力需求评估,也包括对短期瞬态扰动的研究。这些扰动往往由成千上万的电力变换器引起,它们不仅会引入谐波,还会导致功率下降,进而对共用同一电网的家庭和企业用户造成影响。Simscape Electrical 允许您向模型中添加非侵入式故障,帮助您更好地了解电网对意外停电的恢复能力。


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开发建筑能源管理系统

借助 MATLAB 和 Simulink,您可以通过实施动态策略、整合实时数据以及提高 EMS 运营自动化水平来设计智能高效的建筑能源管理系统 (EMS)。MATLAB 和 Simulink 可贯穿整个 EMS 开发工作流,从数据访问和建模一直到优化和部署。

  • 基于电力供需、电价和天气状况创建预测模型
  • 建模、仿真,并设计出最优的 EMS 控制策略,以用于调度电力系统和 HVAC 系统运行
  • 为边缘设备上的监督控制生成代码,并部署到嵌入式控制器
  • 将运营优化软件部署到生产云环境中
智能建筑系统,展示了用于管理公用设施和安全的互联组件。

建筑 EMS 能源预测

使用 MATLAB 和 Simulink,您可以对环境和技术经济因素执行数据驱动的预测,以优化建筑能源管理系统的运营。

  • 访问文件或数据库中的时间序列数据
  • 在 MATLAB 中使用交互式 App 和工作流自动化执行数据预处理、分析和可视化
  • 从预置的统计计量机器学习深度学习模型中进行选择
  • 并行训练预测模型并评估模型性能
  • 直接将 Simulink 中经过训练的能源预测模型与物理系统模型集成以进行仿真

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EMS 建模、仿真和优化

您可以使用 MATLAB 和 Simulink 作为电气系统建模、EMS 控制设计和 EMS 优化的设计环境。

示意图:使用神经状态空间模型进行优化和预测的模型预测控制系统。

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建筑 EMS 验证和部署

您可以通过从系统模型生成代码来验证建筑的 EMS 设计,以便从桌面仿真快速转换为实时仿真。您可以将控制功能部署到边缘设备,将运营管理系统部署到云。


PEM 燃料电池系统建模与仿真

燃料电池应用的高效开发需要具有适当保真度的仿真模型。这些模型使您能够执行设计空间探索,分析设计权衡,并帮助为控制系统开发提供依据。

使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical,您可以:

  • 对燃料电池和氢电解槽进行建模
  • 开发燃料电池系统架构
  • 实现控制系统
  • 将燃料电池和电解槽集成到更大的电气系统中
由 Nuvera 设计的氢燃料电池。

PEM 燃料电池建模

Simulink 和 Simscape 让您能够使用基于物理的方法(利用现成的库组件)或使用建模工具的数据驱动方法,对燃料电池和电解槽系统进行建模和仿真。

  • 探索燃料电池堆和电解槽的不同配置
  • 多域物理效应和被控对象组件的平衡进行建模以调节氢气与空气流量、水传输和热量生成
  • 评估电热行为以支持电气系统和热管理系统设计
PEM 燃料电池的示意图,显示氧氢的流动情况以及产生电流和水的化学反应。

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实现燃料电池控制

控制系统在确保燃料电池系统安全、耐久和高效运行方面发挥着重要作用。使用 Simulink 和 Simscape,您可以快速原型化控制设计,并为硬件在环 (HIL) 测试和部署生成代码。

  • 为电流和电压调节、湿度调节、压力管理、水管理和热管理设计电热控制算法
  • 为燃料电池模型生成可读、优化的 C/C++ 或 HDL 控制代码
  • 为被控对象模型生成代码
  • 执行实时 HIL 测试,以避免对燃料电池硬件原型造成高昂的损坏
  • 将控制代码部署到嵌入式处理器FPGA/SOC 设备

燃料电池系统需要可靠且高效。我们会在将控制算法部署到系统上之前使用 MathWorks 工具来快速开发和仿真该算法。我们没有时间研究用 C 或 C++ 来实现我们的算法的可能性。幸运的是,MATLAB 让我们只用几行代码就能对我们的想法进行检验。这为我们节省了大量时间,并推动我们朝着创建商业可行的现场能源系统的目标迈进。


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