清洁能源研究实验室的硬件在环平台

该公司

新加坡南洋理工大学（NTU）是一所享誉全球的自主研究型大学，在2018年QS世界大学排名中位列全球第11位、亚洲第1位。清洁能源研究实验室（CERL） 隶属于南洋理工大学电气与电子工程学院（EEE），专注于 智能电网和微电网领域的能源管理技术、储能策略及电力转换器控制系统的研发。

面临的挑战

• 物理部署的高成本与耗时：对于大型多微电网系统（包含可再生能源、储能设备以及换流器）而言，构建完整的物理硬件部署对于时间紧迫的项目来说，既极其繁琐，又耗时且成本高昂。
• 亚微秒级仿真 精度：对电动机控制系统和高速变流器动态特性的实时HIL测试，需要仿真 提供低于1微秒的采样率，以实现低通信延迟，从而逼真地模拟实际工况。
• 多项目并行执行：CERL 每年都会开展大量研究生项目（博士、工程硕士、理学硕士）、毕业设计项目（FYP）以及设计与创新项目（DIP），这需要一个高度可重构的实验环境，能够同时支持多个研究团队的工作。
• 复杂交互式能源验证：测试 新型调控策略（例如由欧洲空间局（EMA）资助、为期3.5年的“新型分层交互式能源管理系统（HTEMS）”项目）需要模拟电网网络与物理硬件控制器之间实现无缝集成。

OPAL-RT 解决方案

在新加坡能源市场管理局（EMA）和国家研究基金会（NRF CREATE）的资助下，CERL 建立了一套多功能的 HIL 和 PHIL 测试基础设施：

• OP5600 和 OP5607 实时仿真器 ：部署了 高性能的 OPAL-RT 数字仿真器，用于运行复杂交流/直流微电网和配电 网络的实时动态模型。
• 集成式HIL平台：将 OPAL-RT数字仿真与物理硬件设备相结合 ，大幅缩短了调试时间，并实现了安全、快速的控制器原型开发。
• 45kVA 电力HIL（PHIL）扩展：集成了 一个45kVA三相功率放大器，可将实时数字仿真直接与物理设备连接，包括锂离子电池、超级电容器、可编程电源和负载。
• 可重构的多用户架构：设计 了一个灵活的环境，使多个本科生和研究生研究项目能够同时在OPAL-RT（仿真器 ）上实施。

结果

• HTEMS 项目实施：成功 完成了针对混合交流/直流微电网、混合储能系统和动态电压调节器的HIL实验，实现了由EMA资助的HTEMS项目的关键目标。
• 顶尖科研成果：发表了 多篇研究论文，刊载于国际顶尖期刊及会议。
• 屡获殊荣的学生研究：本科生 毕业设计（FYP）和DIP项目的学生在2018年IEEE创新智能电网技术国际会议（ISGT ASIA）上成功发表了论文。此外，DIP项目的学生还在十个EEE智能电网专题小组的竞赛中荣获第二名。
• 通过PHIL扩展测试能力：弥合了 仿真 模型与物理微电网硬件之间的差距，使研究人员能够在真实的负荷和储能条件下评估先进的性能特征。

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