1. eMEGAsim簡介
eMEGAsim是一個由加拿大Opal-RT公司開發(fā)的實施數(shù)字與模擬混合實時仿真的平臺，它可以幫助從事電力系統(tǒng)，包括電機和電力電子設(shè)備研究和設(shè)計的工程師輕松將基于Simulink 的仿真模型與實際設(shè)備相連（Hardware-in-loop），共同進(jìn)行精確高效的實時仿真。
eMEGAsim系統(tǒng)的硬件部分由主控站和目標(biāo)機兩部分組成，如圖1所示。其中主控站是普通的PC計算機，客戶主要利用主控站開發(fā)模型，并進(jìn)行和目標(biāo)機之間的人機交互，比如監(jiān)測仿真結(jié)果以及實時調(diào)整模型的參數(shù)。目標(biāo)機是實施模型計算的結(jié)點同時裝載有IO板卡用于與實際設(shè)備相連接, 目前的標(biāo)準(zhǔn)型號每臺目標(biāo)機裝有兩顆高性能四核CPU。主控站和目標(biāo)機之間通過TCP/IP協(xié)議通訊，而多臺目標(biāo)機之間通過更高速的IEEE1394(火線)協(xié)議，采用全雙工的模式通訊，有效地減少了通訊的冗余，提高了仿真的實時性和效率。eMEGAsim系統(tǒng)的目標(biāo)計算結(jié)點基于X86結(jié)構(gòu)，采用貨架式管理，可以輕松擴展和升級。
eMEGAsim的模型開發(fā)平臺是基于在電力系統(tǒng)仿真中有著廣泛應(yīng)用的MATLAB/Simulink/Simpowersystem(SPS)的平臺，此外還兼容并支持用戶使用C/C++編寫的自定義模塊。同時，目標(biāo)機上裝載著專業(yè)的實時操作系統(tǒng)QNX, 采用超低等待時間通訊技術(shù)的計算機群中進(jìn)行并行同步的仿真。
eMEGAsim提供了全面的應(yīng)用編程接口(API)，使客戶可以使用Labview, C/C++, Visual Basic, Python 或3D virtual開發(fā)客戶定制的人機交互界面或者虛擬現(xiàn)實的場景。此外，eMEGAsim為大量專業(yè)的仿真軟件提供實時仿真的接口，如世界公認(rèn)的電磁暫態(tài)仿真軟件EMTP和電機有限元分析軟件JMAG等。
EMEGsim通過將一個復(fù)雜的SPS模型，合理地分割到多個不同CPU上進(jìn)行同步計算，使仿真的計算時間得到有效縮減，使使用較小的仿真步長（幾十微秒）的實時仿真成為了可能。同時，該系統(tǒng)提供了基于事件發(fā)生時間的帶時間戳的模塊(RT-EVENTS),專業(yè)的電力系統(tǒng)實時仿真算法(Artemis)，支持多仿真步長，多線程和XHP等多種靈活的仿真模式，從而有效地保障了高精度仿真的實時性。
eMEGAsim在電力系統(tǒng)實時仿真領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，成功客戶不但有像通用電氣（GE）和ABB這樣的傳統(tǒng)電氣設(shè)備生產(chǎn)巨頭，還在很多新興電氣領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如船舶電力、風(fēng)力發(fā)電、混合燃料汽車。
2. 半實物實時仿真在船舶電力行業(yè)的應(yīng)用
船舶猶如一個可移動的海上城市，它的許多設(shè)備都需要使用電能，因此在船上都配備有由發(fā)電、配電和用電負(fù)載所組成的獨立系統(tǒng)——船舶電力系統(tǒng)。隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高，越來越多的船用設(shè)備需要用電能來驅(qū)動和控制，使船舶電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜龐大。
近年來，船舶電氣化的程度越來越大，特別是全電力推進(jìn)和全電船的出現(xiàn)，使船舶性能和運行質(zhì)量得到很大的改善和提高。然而，在全船自動化實現(xiàn)的同時，較低的電能質(zhì)量，或是電氣故障甚至供電中斷將對船舶的運行和安全造成重大損失。例如，對供電可靠性要求很高的舵機設(shè)備，即使是短時的停電，也會造成重大損失，甚至可能發(fā)生災(zāi)難性的船毀人亡事故。因此，船舶電力系統(tǒng)的安全可靠對于船舶運行和安全具有十分重要的意義。
為了船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，很多船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的研究單位和制造廠商，開發(fā)了大量基于先進(jìn)的控制策略自動化的輸配電和保護裝置。傳統(tǒng)上，在開發(fā)階段，工程師往往通過制作大型發(fā)電或用電設(shè)備的縮比樣機，來論證和調(diào)試控制策略的有效性。然而，一方面制作縮比樣機的成本很高，時間較長，對新型號的適應(yīng)性差，影響了開發(fā)的效率，增大了開發(fā)的成本；另一方面，一些系統(tǒng)級的故障和暫態(tài)響應(yīng)，如輸電線的短路故障，在現(xiàn)實中很難通過認(rèn)為制造這樣的工況來檢測設(shè)備的有效性。因此，通過基于數(shù)字和模擬混合的半實物實時仿真，來調(diào)試和驗證監(jiān)測，控制和保護設(shè)備的有效性具有突出的現(xiàn)實意義。eMEGAsim正是實現(xiàn)這樣功能優(yōu)質(zhì)平臺。
工程師可以把船舶電力系統(tǒng)中的發(fā)電機，匯流排，輸電線，變壓器，變流器和電動機等設(shè)備利用eMEGAsim的平臺搭建數(shù)字的實時仿真模型（如圖2），同時把一些系統(tǒng)中的信號通過IO板卡傳遞給實際設(shè)備，然后再把實際設(shè)備的響應(yīng)通過IO反饋給數(shù)字仿真模型，從而實現(xiàn)有實際設(shè)備相連（Hardware-in-loop）的實時仿真。
另外，利用eMEGAsim的API，客戶可以通過一些可視化軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建一些與船舶配電控制臺完全相同的操作界面，對船員進(jìn)行訓(xùn)練。例如，仿真的電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障，或者大型負(fù)載的切合，當(dāng)實際監(jiān)測設(shè)備檢測出故障或者非正常的暫態(tài)響應(yīng)發(fā)送給虛擬的配電故障臺，訓(xùn)練學(xué)員能否在規(guī)定的時間內(nèi)作出正確的操作。
特別需要指出的是，由于eMEGAsim具有針對多節(jié)點、密集結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)的獨特解耦元件，使eMEGAsim在船舶孤島電力系統(tǒng)仿真中有著獨特的優(yōu)勢。因此，國內(nèi)外大量船舶電力研究單位引進(jìn)了eMEGAsim作為船舶電力系統(tǒng)的實時仿真工具，如法國海軍艦艇研究所，中國船舶重工集團在上海和武漢的四家研究所都已經(jīng)成功使用eMEGAsim完成了大量半實物實時仿真工作。
3. 關(guān)于北京神州普惠科技有限公司
北京神州普惠科技有限公司是致力于計算機仿真領(lǐng)域的高新技術(shù)企業(yè)，是Opal-RT在中國的指定代理商。我們不但可以為客戶提供安裝調(diào)試和使用培訓(xùn)的全套服務(wù)，更有一個強大的技術(shù)支持團隊，為客戶提供從搭建模型，定制IO板卡驅(qū)動開發(fā)，到專業(yè)配套外設(shè)的全面咨詢服務(wù)。
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