1. eMEGAsim簡(jiǎn)介
eMEGAsim是一個(gè)由加拿大Opal-RT公司開(kāi)發(fā)的實(shí)施數(shù)字與模擬混合實(shí)時(shí)仿真的平臺(tái)，它可以幫助從事電力系統(tǒng)，包括電機(jī)和電力電子設(shè)備研究和設(shè)計(jì)的工程師輕松將基于Simulink 的仿真模型與實(shí)際設(shè)備相連（Hardware-in-loop），共同進(jìn)行精確高效的實(shí)時(shí)仿真。
eMEGAsim系統(tǒng)的硬件部分由主控站和目標(biāo)機(jī)兩部分組成，如圖1所示。其中主控站是普通的PC計(jì)算機(jī)，客戶主要利用主控站開(kāi)發(fā)模型，并進(jìn)行和目標(biāo)機(jī)之間的人機(jī)交互，比如監(jiān)測(cè)仿真結(jié)果以及實(shí)時(shí)調(diào)整模型的參數(shù)。目標(biāo)機(jī)是實(shí)施模型計(jì)算的結(jié)點(diǎn)同時(shí)裝載有IO板卡用于與實(shí)際設(shè)備相連接, 目前的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)每臺(tái)目標(biāo)機(jī)裝有兩顆高性能四核CPU。主控站和目標(biāo)機(jī)之間通過(guò)TCP/IP協(xié)議通訊，而多臺(tái)目標(biāo)機(jī)之間通過(guò)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(shí)時(shí)性和效率。eMEGAsim系統(tǒng)的目標(biāo)計(jì)算結(jié)點(diǎn)基于X86結(jié)構(gòu)，采用貨架式管理，可以輕松擴(kuò)展和升級(jí)。
eMEGAsim的模型開(kāi)發(fā)平臺(tái)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(tái)，此外還兼容并支持用戶使用C/C++編寫(xiě)的自定義模塊。同時(shí)，目標(biāo)機(jī)上裝載著專業(yè)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)QNX, 采用超低等待時(shí)間通訊技術(shù)的計(jì)算機(jī)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(kāi)發(fā)客戶定制的人機(jī)交互界面或者虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景。此外，eMEGAsim為大量專業(yè)的仿真軟件提供實(shí)時(shí)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(jī)有限元分析軟件JMAG等。
EMEGsim通過(guò)將一個(gè)復(fù)雜的SPS模型，合理地分割到多個(gè)不同CPU上進(jìn)行同步計(jì)算，使仿真的計(jì)算時(shí)間得到有效縮減，使使用較小的仿真步長(zhǎng)（幾十微秒）的實(shí)時(shí)仿真成為了可能。同時(shí)，該系統(tǒng)提供了基于事件發(fā)生時(shí)間的帶時(shí)間戳的模塊(RT-EVENTS),專業(yè)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真算法(Artemis)，支持多仿真步長(zhǎng)，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(shí)時(shí)性。
eMEGAsim在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)物實(shí)時(shí)仿真在船舶電力行業(yè)的應(yīng)用
船舶猶如一個(gè)可移動(dòng)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(dú)立系統(tǒng)——船舶電力系統(tǒng)。隨著船舶的大型化和自動(dòng)化程度的不斷提高，越來(lái)越多的船用設(shè)備需要用電能來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制，使船舶電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜龐大。
近年來(lái)，船舶電氣化的程度越來(lái)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(yùn)行質(zhì)量得到很大的改善和提高。然而，在全船自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，較低的電能質(zhì)量，或是電氣故障甚至供電中斷將對(duì)船舶的運(yùn)行和安全造成重大損失。例如，對(duì)供電可靠性要求很高的舵機(jī)設(shè)備，即使是短時(shí)的停電，也會(huì)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(duì)于船舶運(yùn)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(kāi)發(fā)了大量基于先進(jìn)的控制策略自動(dòng)化的輸配電和保護(hù)裝置。傳統(tǒng)上，在開(kāi)發(fā)階段，工程師往往通過(guò)制作大型發(fā)電或用電設(shè)備的縮比樣機(jī)，來(lái)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(jī)的成本很高，時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)新型號(hào)的適應(yīng)性差，影響了開(kāi)發(fā)的效率，增大了開(kāi)發(fā)的成本；另一方面，一些系統(tǒng)級(jí)的故障和暫態(tài)響應(yīng)，如輸電線的短路故障，在現(xiàn)實(shí)中很難通過(guò)認(rèn)為制造這樣的工況來(lái)檢測(cè)設(shè)備的有效性。因此，通過(guò)基于數(shù)字和模擬混合的半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真，來(lái)調(diào)試和驗(yàn)證監(jiān)測(cè)，控制和保護(hù)設(shè)備的有效性具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。eMEGAsim正是實(shí)現(xiàn)這樣功能優(yōu)質(zhì)平臺(tái)。
工程師可以把船舶電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)，匯流排，輸電線，變壓器，變流器和電動(dòng)機(jī)等設(shè)備利用eMEGAsim的平臺(tái)搭建數(shù)字的實(shí)時(shí)仿真模型（如圖2），同時(shí)把一些系統(tǒng)中的信號(hào)通過(guò)IO板卡傳遞給實(shí)際設(shè)備，然后再把實(shí)際設(shè)備的響應(yīng)通過(guò)IO反饋給數(shù)字仿真模型，從而實(shí)現(xiàn)有實(shí)際設(shè)備相連（Hardware-in-loop）的實(shí)時(shí)仿真。
另外，利用eMEGAsim的API，客戶可以通過(guò)一些可視化軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建一些與船舶配電控制臺(tái)完全相同的操作界面，對(duì)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(shí)際監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)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(tái)，訓(xùn)練學(xué)員能否在規(guī)定的時(shí)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(duì)多節(jié)點(diǎn)、密集結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)的獨(dú)特解耦元件，使eMEGAsim在船舶孤島電力系統(tǒng)仿真中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)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(shí)時(shí)仿真工具，如法國(guó)海軍艦艇研究所，中國(guó)船舶重工集團(tuán)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(shí)物實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域的高新技術(shù)企業(yè)，是Opal-RT在中國(guó)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(gè)強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，為客戶提供從搭建模型，定制IO板卡驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，到專業(yè)配套外設(shè)的全面咨詢服務(wù)。
（轉(zhuǎn)載）
