解决方案丨高校电力电子实时仿真创新实验系统应用

随着数字技术的飞速发展，传统实验室的资源受限和效率低下已经不能满足科研和工程实践的需求。因此，基于数字化技术的仿真实验应运而生。

电力电子实时仿真实验

电力电子实时仿真实验是一种利用仿真软件和相关设备进行电力电子系统仿真和实验的虚拟实验室。它主要用于电力电子器件、电力电子系统和电能转换技术的研究、开发和教学。

实验课程

Easygo 电力电子实时仿真实验系统提供了配套的课程实验指导书以及教师版实验参考。由于实时仿真系统平台的开放性，用户还可以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。

教学应用方向

电力电子器件研究： 提升学科知识和理解可以模拟和分析各种电力电子器件（如开关器件、变换器、逆变器等）的特性和性能，进行参数优化和设计验证。

电力电子系统设计： 培养创新思维和解决问题的能力通过仿真实验室，可以对电力电子系统（如电力转换装置、电动车驱动系统、太阳能逆变系统等）进行建模和仿真，验证系统的稳定性和效能。

控制策略研究： 培育创业精神和实践能力仿真实验室可以模拟电力电子系统的控制策略，评估不同的控制算法和参数对系统性能的影响。

教学培训： 激发学生学习兴趣和主动性电力电子仿真实验室可以作为电力电子专业的实践教学平台，帮助学生理解和掌握电力电子技术和电路设计的基本原理。

综上所述，电力电子仿真实验具有高效、安全、可控和多功能的特点，对电力电子研究和教学具有重要意义，能够推动电力电子技术的发展和应用。

基于EasyGo的电力电子仿真实验系统

EasyGo实时仿真实验系统旨在为电气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 、选修课的教学和实验。

EasyGo电力电子实时仿真实验系统是一种基于V型架构构建的实验系统，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电力电子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。

平台架构

学生学习路线

电力电子实时仿真实验系统

1、快速原型控制器（RCP）

CBox 采用实时CPU+FPGA的硬件架构，将Matlab/Simulink搭建的电力电子控制算法模型自动生成与下载，无需进行底层代码编写和硬件控制电路设计，与实际的被控对象连接来进行闭环测试，快速实现算法原理验证。

2、实时仿真器 (HIL)

MicroBox 采用FPGA芯片架构，用来仿真电力电子主电路拓扑。电路模型通过Simulink图形化软件任意搭建，无需进行FPGA编译，将电力电子电路的暂态特性通过硬件接口输出，操作简单，节省学生搭建实物电路的时间与精力。

3、物理信号转接盒

用于仿真器与控制器之间传递信号，控制器采集电压电流信号，实时运算后输出控制指令，再通过转接盒将信号传给仿真器。同时配备BNC观测端，方便学生在实验中用示波器观察实际信号，对系统运行原理有更直观的认识。

4、上位机

用于运行DeskSim实时仿真软件，通过网络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，并可将数据进行存储于后续分析。

核心产品1：快速控制器CBox

快速控制器CBox采取CPU+FPGA的硬件架构，帮助用户在安全舒适的实验室快速调试和验证控制算法。

平台的独特优势：

▍丰富的模拟与数字信号接口

▍灵活配置的人界交互与配置界面

▍可将算法模型程序部署到CPU或FPGA硬件平台上运行

控制速率最快可达1MHz，满足不同应用需求的客户，助力先进控制算法在电力电子与电力传动领域中的科研教学中的创新实践。

利用快速原型控制器CBox 可以将Simulink控制算法模型快速实现验证，与实际的被控对象连接来进行闭环测试。

可为用户节省在嵌入式芯片上重新编写和实现算法过程的时间；在一个验证过的硬件平台上开发，既可以加快项目周期，也可以隔离开发过程中的软硬件问题；

同时，用户可以很方便地在上位机实时控制器上，观测各种变量和波形，省去用户编写上位机界面的时间与精力，可更好的集中精力在核心的控制算法的实现和调试上。

核心产品2：实时仿真器MicroBox

MicroBox 是一款一体化电力电子FPGA实时仿真产品，可与实际设备进行连接来进行控制算法的实时验证。

配置上DeskSim软件，可完成系统电力电子模型纳秒级运行，实时调参，数据记录等功能，从而进行半实物仿真，硬件在环测试。

Hardware-In-the-Loop Testing，即HIL。

MicroBox 通过IO信号或者通信同控制板构成闭环，来对弱电的控制器进行测试。

这样一种测试方式常常也被称为控制器硬件在环仿真测试测试或半实物仿真测试。这里“硬件”主要是指控制部分，已经不是纯软件仿真中的一些控制框图，而是一个真实的控制器或者快速原型控制器。

软件使用流程

不管是快速控制器,还是实时仿真器，均采用同一款的软件DeskSim操作即可，简单2步，即可完成实验。

产品特色

为本科生的双创工作、毕业设计提供实验平台。

适合相对复杂的并网型系统实验和故障实验，无需各种平台或模块切换，直接快速服务于教学与研究工作，打通产学研一体化的培养路线。

为科学研究提供了完整的实验样机研制流程和测试条件，加快科学研究的实验进程，有利于创新思想的快速验证,全方位培养学生的动手实践和设计创新能力，实现研究型人才的多元化培养目标。

支持设计型、研究型创新实验的开展,使仿真与实验同步，循序渐进，环环紧扣，提高实验的安全性，改变现有实验模式，有助于培养学生严谨、认真、安全的实验素质，适应创新型人才和卓越工程师的培养需要。

贯彻以产出为导向”,“以学生为中心”和“持续改进”的理念，提高实验室教学技术水平，助力工程教育专业认证。

校园能耗监测管理平台应用意义分析

摘要 为响应国家建设绿色校园的号召，切实提高高校能源利用水平，促进学校能源资源合理配置，全国高校从行为节能入手，积极建设“校园能耗监测管理平台”。平台采集建筑电、水等能源消耗数据，对用能数据进行细分并进行分析，为高校提供了一个节能减排的好帮手，在保证校园正常的能源供应的同时促进实现有效节能。

关键词 能耗监管平台 节能减排 高校 绿色校园

一、引言

随着近年来经济快速发展，对于电力资源的需求也持续扩大，不可避免地出现了能源紧缺、环境污染等问题，节能减排也就成了国家建设的重中之重。因此为提高能源管理水平，带头节能减排，全国各大高校依据国家住房和城乡建设部和教育部联合出台的《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》和《高等学校校园建筑能耗监管系统建设技术导则》的相关要求，积极建设“校园能耗监测管理平台”。“校园能耗监测管理平台”的建设为高校提供了校园能耗与监测的一个先进管理平台，利用平台可以实现对于校园用能的实时在线分类、分项监测和计量，能耗数据自动采集、存储、统计与分析等，为学校后勤管理部门对校园节能减排工作推进提供详实可靠的耗能数据和可行建议，并对节能效果提供数据参考。

二、耗能分析

2.1用电分析

1）按用电设备分类，校园用电可分为：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电四种。其中需要注意的是特殊用电指的是不属于建筑物常规用电设施的用电，一般都会有能耗密度高、占总电耗比重大这样的特点，主要以实验室内使用的一些大型高电耗科研设备为主，另外食堂、计算机楼等区域也会存在，对于这些设备要加强监管，做好用电信息记录。对于公共照明用电和空调用电，需要做好智能用电管理，利用能耗监管平台做到按时断电乃至无人自动断电，减少能源浪费。

2）按建筑类型分类，校园用电可分为：办公建筑用电、教学建筑用电、学生宿舍用电、商铺用电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。

2.2用水分析

校园用水可以按建筑类型分为：办公建筑用水、教学建筑用水、学生宿舍用水、商铺用水、浴室用水、食堂用水等。采用安科瑞电气“电子远传水表”，结合校园能效管理平台，对各场景用水量、水压等数据进行监测，分区管理。同时学校明确各区负责人，定期考核，有计划控制过度用水现象。

三、平台介绍

随着能源转型加速和电力改革不断深入，为满足校园能源管理、节能工作及节约型校园建设的新需求，安科瑞凭借在能源管理领域内多年积累，采用凡在物联、云计算、大数据、移动数据和电力参数传感技术，开发了AcrelEMS-EDU教育行业能效管理综合解决方案，提供校园用能实时在线监控、能耗数据统计分析、折标对比、实绩分析、用能排名、节能评估等功能。

2.1系统架构

安科瑞教育行业能效管理方案由设备层、传输层、数据层、服务层组成。

设备层（水电表、空调控制器等末端设备）通过RS485专线或无线（Lora）通讯组网。

传输层（边缘计算网关）可通过RS485专线或无线通讯采集末端设备数据，并以以太网或4G、NB等方式通过校园网将数据传送至数据层。

数据层（一般部署在校园服务器中）处理传输层上传数据，并为服务层业务做服务，可与校园一卡通系统和其他相关系统做数据对接。

服务层（一般部署在校园服务器中）提供数据查看、预付费管理、恶性负载管理、作息时间管理、分布式光伏监测等功能。

2.2平台功能

首页/综合数据 :综合展示校园能源用能概况，包括异常报警情况（数据异常/设备异常）、水、电等能源用能情况、校园3D模型定制、并可加入校园用能数据动态展示。

用电综合监控 ：对校园35KV-10KV-0.4KV各级用能进行监测和分析；对进线电能质量及关键实验室电能质量进行监测分析；对变配电室内的环境进行监测和报警；能够对变压器进行监控，保证用电安全和稳定。

用水综合监控 ：对覆盖校区所有建筑的总进水量进行一级计量；对单栋建筑进水量进行二级计量。个别实验楼进行三级计量监测。通过一级、二级、三级水表计量数据实时分析水平衡情况，存在异常水情时能够立即发出警情。

商业/宿舍预付费 ：对校园内的各类商铺用水、用电进行预付费管理。对学生宿舍用电进行定时用电控制、违规电器使用监测和预付费管理。

分布式光伏监测 ：提供光伏电站运行监视，逆变器运行监视，电站发电统计，逆变器发电统计，光伏电站配电监测，逆变器曲线分析等功能。

空调节能监管 ：实现对中央空调的用能监测和分体式空调的用电监测及控制。

路灯/照明智能监管 ：实现对室内照明和室外路灯照明的用电监测和照明控制，可按照预先设定的逻辑进行自动管理或远程群控管理。

校园能耗分析 ：能够实现能耗监管、能耗查询、能耗报警、能耗公示、能耗审计等功能，能够帮助学校清晰、直接的了解到用能情况，并辅助学校做好审计公示工作。

校园用能分析报告 ：能够对整体用能、整体监管和计量设备工作状态、同比数据、环比数据等进行专业分析，帮助校方了解到校园综合能效情况。

综合手机端 ：相关人员可通过手机客户端的方式随时登陆能源管控系统，实现对校内各类能源系统进行计量、监测、控制、状态反馈、报警等功能，对校园水电等能耗进行实时监管。

2.3典型硬件

四、讨论及思考

AcrelEMS-EDU校园综合能效管理方案等中的能耗统计、分析体系，宿舍商铺用电预付费管理、路灯空调等公用设备管控、宿舍大功率电器及恶性负载设备限制、用水综合监管等节能减排相关功能，使学校后勤管理部门能够对能源系统进行有效地监管，为高校能源管理和节能工作走上科学发展提供了帮助，为尽快实现校园人与自然和谐相处献上一份力量。

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