数据中心
随着数据中心规模和能耗的不断增长，其对电网的影响日益复杂。高密度负载的集中接入可能影响电能质量、系统稳定性及供电可靠性，在电网发生暂态电压扰动和负荷波动时，这类影响尤为显著。
借助OPAL-RT的实时硬件在环（HIL）仿真平台，用户可对大型数据中心进行仿真建模，分析其在电网动态工况下的运行特性，并安全开展控制与保护策略的测试验证。从设计规划到落地部署，我们的仿真工具能够助力提前预判运行风险，为构建更稳定、更具韧性的能源生态体系提供技术支撑。
行业标杆信赖之选
挑战
赋能现代数据中心：新型电网面临的挑战
现代数据中心正在采用多样化且不断发展的电力基础设施。但这一转变带来了重大挑战：
- 复杂的电力负载特性：新型设备、电力换流器和负载曲线与电网产生的相互作用愈加复杂，难以准确建模和验证。
- 新型电力基础设施：基于直流架构的数据中心、固态变压器及其他现代电力换流器拓扑结构，对系统设计和验证提出了更高要求。
- 电能质量问题：快速、非线性的负载变化可能引发电压骤降、频率偏移、谐波干扰及电压闪变问题。
- 次同相互作用（SSI）：低频振荡可能与发电机轴系扭振模式产生谐振，导致设备疲劳、损坏或故障。
- 亟需更智能的能源管理：动态IT负载与制冷需求要求采用自适应能源管理策略，以优化能耗。
- 复杂的系统协调：故障穿越、继电保护及同步功能必须在电网、就地系统及备用系统间无缝协作。
先进建模技术与实时仿真是测试新型设计、保障可靠运行的核心技术手段。
解决方案
数据中心硬件在环（HIL）测试
安全地验证和优化数据中心的电力与控制系统。
成功案例
依托先进的UPS测试技术，为下一代数据中心可靠性保驾护航
了解施耐德电气如何利用OPAL-RT的解决方案，加速其专为中小型数据中心设计的模块化Galaxy PX UPS的开发进程，从而实现了更快的验证、更高的可靠性以及显著提升的测试效率。
借助 OPAL-RT 平台，我们搭建了全新的硬件在环（HIL）仿真系统，自动化测试覆盖率达到80%，并能在10-15轮测试中执行700+个测试用例。相较此前3-4轮完成600+个测试用例、自动化测试仅覆盖50%的测试模式，新平台使测试自动化率提升约 30%，周测试量提升超40%。该平台能精准复现各类复杂的实际运行场景与极端故障工况，且全程无需让硬件设备承担任何风险。远程持续测试功能支持系统在无人工值守的情况下连续运行一整周，极大地加快了我们的研发进度。
Ricky Zhang
施耐德电气能源管理事业部安全电源事业部首席固件测试专家
01
提高电网稳定性和可靠性
02
广泛拓扑覆盖
03
超高速分辨率
04
高密度集成
POWER IN MIND 第十一卷
人工智能数据中心的爆炸性增长如何重塑电力系统
本期《Power in Mind》探讨了人工智能与电网交汇的电气化前沿。聚焦作为 “新工业巨头” 的数据中心 —— 在机器学习需求激增的推动下，正以其微秒级波动的负荷特性重塑电力系统格局。从实时仿真、硬件在环（HIL）测试，到基于FPGA的模块化功率换流器建模，本刊分享了工程师应对AI驱动型基础设施浪潮的关键技术工具。本期内容涵盖大型负载数据中心分析、Voltis 等AI测试协作工具的崛起，以及换流器动态特性的深度解析，精准捕捉智能技术与电力系统交融的创新脉搏。
产品
数据中心测试必备
适用于数据中心场景、可支撑电力电子建模、控制验证及硬件在环（HIL）测试的多款高适配性实时仿真器与软件平台。
多领域HIL测试 基于Simulink®
RT-LAB
与MATLAB/Simulink®无缝集成，并可搭配OPAL-RT的仿真工具包使用，支持Simscape™ Electrical™和SimPowerSystems™多领域模型的实时仿真，加速控制算法开发。
超高速EMT仿真与HIL测试
eHS
采用先进FPGA技术，实现高精度、低延迟的电力系统与电力电子仿真，支持能源、汽车、航空航天及工业领域的硬件在环测试应用。
AMD Versal™ Prime VM1402 自适应SoC
OP4815-IO
配备更强大的顶级 Versal™ Prime 计算引擎，可实现实时仿真系统升级和I/O扩展及性能突破。
极致算力平台
OP5033XG2
搭载最新Intel® Xeon® CPU，核数最高可达16核，并提供多达 6 个 PCIe 插槽用于选配 I/O，是搭配 FPGA及 I/O 扩展单元实现模块化配置的理想之选。
DEMO
数据中心电力系统暂态分析建模仿真
见证在AI算力极限负载下，电力、热管理与备用系统的实时响应表现
本DEMO展示了由人工智能（AI）驱动数据中心的实时数字孪生系统，涵盖电网、不间断电源（UPS）、电池储能系统（BESS）、冷却系统、发电机以及动态AI工作负载全链路。 我们将演示UPS模式切换、热负荷爬升、电网故障及发电机并网等核心场景。借助高保真实时电磁暂态仿真，可观察到系统对快速振荡、热负荷突变、电网扰动及孤岛运行等工况下的真实响应过程，与真实物理世界的运行表现高度一致。
FAQ
常见问题解答
使用OPAL-RT平台可以仿真数据中心系统的哪些方面？
用户可通过精细化的电磁暂态（EMT）仿真模式，对电力换流器、不间断电源（UPS）系统、本地发电设备、电网互联动态特性、电池管理系统（BMS）及控制算法开展实时建模与仿真。
OPAL-RT 的解决方案能否为新能源供电型数据中心提供技术支持？
当然可以。OPAL-RT平台支持新能源发电、微电网及混合电力系统的联合仿真，能够保障数据中心在工况波动场景下实现稳定可靠运行。
什么是数据中心仿真？
数据中心仿真是通过数学模型对电力、制冷、控制及运维等系统进行表征的技术，可在站点正式投用前对系统运行表现展开研究。该方法支持容量规划、故障分析与能耗研究等工作，且规避了设备损坏或业务中断的风险。项目团队可基于统一指标测试多种假设场景、验证系统参数设置并对比不同方案，进而加快决策进程、减少返工成本，并在项目各阶段提升决策信心。
为什么传统的规划和离线仿真 往往无法满足数据中心的需求？
传统研究通常采用静态或平均负载模型，这些模型无法捕捉快速动态变化、控制交互或电磁瞬态现象。对于以转换器为主的大型数据中心而言，这些效应可能引发振荡、保护协调失效或意外行为，而这些问题只有通过高保真、实时仿真才能显现出来。
在数据中心投入运行前，硬件在环测试如何降低风险？
HIL测试允许使用实际的控制器和保护装置，针对数据中心和电网的实时数字模型进行测试。这使得在设备部署之前，或者在变更导致高昂成本和严重干扰之前，就能及早发现控制问题、时序问题以及交互风险。
数据中心开发商和EPC承包商应如何评估电网并网及稳定性影响？
通过将电磁暂态（EMT）仿真 实时测试相结合，团队可以研究谐波、电压和频率响应、故障穿越行为以及大负荷阶跃。这种方法有助于开展更具可信度的并网研究，并有助于证明系统具备电网兼容性。
OPAL-RT 平台能否支持电网规范合规性及公用事业公司要求的测试？
是的。OPAL-RT 解决方案用于在符合公用事业公司和电网规范要求的条件下验证控制与保护行为，帮助原始设备制造商（OEM）、系统集成商和开发人员在将大型数据中心负载接入电网之前，证明其行为符合规范且可预测。
实时仿真 如何仿真 数据中心所有者规划由人工智能驱动的负载增长？
实时仿真 运维人员仿真 评估各种“假设”场景，例如AI工作负载的快速增长、制冷负荷的激增或基础设施升级。这有助于在不影响正常运行的情况下，评估未来的容量限制、稳定性裕度以及运营风险。
EXata CPS 专为实时性能而设计，可通过任何规模的通信网络层和连接任何数量的设备进行 HIL 和 PHIL 仿真，从而对电力系统的网络攻击进行研究。这是一个离散事件仿真 工具包，考虑了所有会影响网络（有线或无线）行为的固有物理属性。