极简物控团队研发的基于“低代码控制器+Twincat3”的综合能源系统分布式硬件加速仿真平台与浙江多地高校开展合作，近日再新增一个科研教学应用案例！

 图1 低代码控制器和工业PC

综合能源系统仿真技术可以对系统进行详细的数字建模和模拟计算，实现对系统运行状态的分析和预测，为综合能源系统的建设提供有效的研究手段与决策支撑，帮助研究人员更好地掌握系统运行机理。

因此，综合能源系统仿真技术已成为目前各电力相关高校院校、科研单位争相关注的焦点之一。

图2 现场实际应用情况

一、现有综合能源系统仿真技术存在哪些不足？

目前，我们常用的综合能源系统仿真平台，主要存在以下三个问题：

一是仿真速度难以提升。仿真算法优化难度大，难以有效提升系统并行计算效率。

二是仿真模型精度不足。不同设备物理机理的差异性，进一步加大了系统统一建模的难度，导致不同种类能源设备的仿真精度差异大，仿真结果与实际成效差异较大。

三是仿真工具适应性差。不同仿真工具都有各自特点，适合于特定的典型应用场景，整体通用性和拓展性不强。

举个例子。

在仿真速度上：MATLAB/Simulink主要用于电力电子仿真，提供了底层数学建模工具和元器件，种类丰富，但整体计算效率偏低，无法满足涉及复杂能源耦合场景以上的仿真需求。

在仿真精度上：EnergyPlan智能能源系统考虑国家/地区级的电力、热力和运输供应条件基础上，基于启发式规则进行一年时间范围内的每小时优化测算，但是缺少对网络约束的具体建模，精度不足。

在场景适应上：RETScreen清洁能源管理软件以经济和环境指数作为评估标准，以“基本案例”为参照，评估“研究案例”的可行性。但分析时间步长是每月一次，一般仅适用于综合能源系统规划和顶层设计。

目前，国内多家高校与科研机构也在着手综合能源仿真系统的开发工作，相继发布了一些原型系统，但上述三个问题仍未得到较好解决。

二、什么是极简物控的综合能源系统分布式硬件加速仿真平台？

极简物控的综合能源系统分布式硬件加速仿真平台，以Twincat3为“仿真模型搭建平台”，以低代码控制器为“控制策略编辑器”，成功实现硬件在环仿真（即半实物仿真），有效提升仿真结果精度，能够以较低的成本快速验证控制策略对于不同应用场景的正确性与可行性。

在性能优势上：

首先，仿真速度快。通过Twincat3实现硬件加速，CPU、存储器和内存资源都有了数量级的提升，支持大规模非线性系统仿真，大幅提升仿真平台计算速度，尤其是面对浮点运算以及其他复杂算法时性能优越。

其次，仿真精度高。引入低代码控制器硬件设备，实现硬件在环仿真，更加贴近实际运行情况，提高仿真结果的可参考性。

再者，可拓展性强。低代码控制器支持“0”编程设计控制策略，解决模型搭建困难、精度不高的问题，具备强大的运算功能，能够快速适应不同个性化场景的控制需求。

最后，使用门槛低。平台允许用户使用Matlab/Simulink进行模型搭建与转换，然后将模块导入平台调试即可，学习门槛低，交互性强，模型案例丰富。

在应用优势上：

对高校教学来说，相较传统的仿真系统，低代码的控制策略配置方式，能够让学生从复杂的控制策略设计中解放出来，关注于综合能源系统本身的运行特点。此外，在大大突破常规仿真平台算力上限的同时，与经典教学仿真软件Matlab/Simulink软件的友好交互，提供了海量的基础模型案例。

对科学研究来说，相较纯数字仿真，硬件在环仿真条件更接近实际情况，更能正确地对设计出控制器性能进行检验和调试，有利于开发新型控制系统和算法，减少现场调试次数，缩短产品开发周期。

图3 平台仿真示意图

三、三步轻松应用极简物控的综合能源系统分布式硬件加速仿真平台！

以微电网黑启动仿真实验为例，实现微电网黑启动以及运行后的燃机功率分配控制，介绍仿真平台的使用方法：

第一步：搭建仿真模型。微电网场景由8台330kW燃机、2台500kW储能电源和1台可变负荷组成，在TwinCAT3创建微电网仿真模型。

第二步：配置控制策略。通过低代码控制器配置微电网控制策略，此处包括黑启动和燃机功率分配策略，并将低代码控制器定义测点和仿真项目输入输出对应起来，进入低代码控制器网页端上传、解析、读取配置文件。

第三步：最后点击运行，观察结果即可。

相同案例下，对比Simulink仿真，综合能源系统分布式硬件加速仿真平台将时间由67min缩短至32min，减少了52.33%的仿真时间，效率更高，精度更好！

更快速的仿真计算，更精确的仿真模型，更通用的仿真工具，综合能源系统的发展，离不开功能强大、日益丰富的仿真理念和仿真技术

极简物控团队也将继续致力于综合能源管理领域的应用与研究，欢迎广大同仁交流指正！

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