赋能下一代：用于教学与研究的实时HIL仿真

该公司

开普半岛理工大学（CPUT）成立于2005年，由开普理工学院（Cape Technikon）和半岛理工学院（Peninsula Technikon）合并而成。作为南非西开普省唯一的一所理工大学，也是该地区规模最大的理工大学，CPUT拥有超过30,000名学生和70多个专业。 其分布式电力电子系统中心（CDPES）专注于能效、可再生能源、分布式能源系统、电力换流器 和电气驱动的预测控制，以及MEMS能源传感器技术。

面临的挑战

• 教学与研究实验室搭建：建立一个用于教学和学术研究的实时仿真 实验室，让学生能够使用OPAL-RT实时仿真器 ，并了解快速控制原型设计（RCP）和硬件在环（HIL）如何加速控制系统的开发和测试。
• 课程与习题开发：提供微电网和电力电子学模型示例，以便为学生设计实践习题。
• 控制方案的进步：开发 和改进用于电力换流器 和电气驱动系统的控制方案。
• 项目验证：提供一套仿真 系统，能够贯穿整个项目生命周期进行验证。

OPAL-RT 解决方案

• 硬件解决方案：OPAL-RT 提供了三台 OP4200 和三台 OP4510实时仿真器 。每台实时仿真器均包含：配备 CPU 核心的处理器；FPGA 板；以及输入/输出板：16 个 AI、16 个 AO、32 个 DI 和 32 个 DO。
• 电力电子FPGA求解器（eFPGASIM）：针对高速电力电子系统仿真 ，典型时间步长为200 ns，且无需具备FPGA编程专业知识。与SimScape Power Systems、PLECS和PSIM模型完全兼容，具备集成可视化功能和故障分析功能。
• 电力系统 CPU 求解器（eMEGASIM）：适用于电力系统和智能电网应用，典型时间步长为 50 µs。与 MATLAB/Simulink 及 SimScape 电力系统模型完全兼容，并集成了可视化功能和故障分析功能。

结果

• 提升学生学习效果：使多名学生能够使用实时MATLAB/Simulink模型（而非实体硬件设备）进行电力电子与电力系统教学模块的学习。
• 加速控制测试：利用RCP和HIL方法，促进了电力换流器 和驱动器的控制方案的开发与改进。
• 持续的项目验证：为在各类学术和研究项目中开展验证工作提供了可靠的平台。

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