實(shí)時(shí)仿真背景
在能源轉(zhuǎn)型與電力電子化浪潮下，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)已成為電網(wǎng)安全、新能源設(shè)備測(cè)試的核心工具。全球范圍內(nèi)，中國(guó)的遠(yuǎn)寬能源（ModelingTech）以及RTDS、Opal-RT、Speedgoat、NI等企業(yè)各展所長(zhǎng)，共同拓展著仿真技術(shù)的邊界。本文將從實(shí)時(shí)仿真幾大核心指標(biāo)入手，剖析五大廠商的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真如何為電力、交通、新能源等領(lǐng)域賦能。

1.實(shí)時(shí)仿真步長(zhǎng)
對(duì)于電力與電力電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真（HIL）來說，實(shí)時(shí)仿真的時(shí)間尺度（仿真步長(zhǎng)）是一個(gè)很重要的概念，電力與電力電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真按仿真步長(zhǎng)主要可以分為如下的兩類：基于多核CPU，仿真步長(zhǎng)大，適用于交流電網(wǎng)系統(tǒng)；基于FPGA，仿真步長(zhǎng)小，適用于電力電子系統(tǒng)。
遠(yuǎn)寬能源：遠(yuǎn)寬能源平臺(tái)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其強(qiáng)大的FPGA仿真能力，能夠在FPGA上實(shí)現(xiàn)低至125ns的仿真步長(zhǎng)，這對(duì)于精確模擬高頻電力電子模塊至關(guān)重要；具備CPU多核并行仿真能力，能夠以小于或等于50μs的仿真步長(zhǎng)對(duì)大規(guī)模新能源場(chǎng)站級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，兼顧電力電子細(xì)節(jié)模型仿真與系統(tǒng)級(jí)仿真的能力。
Opal-RT：支持CPU/FPGA混合仿真，強(qiáng)調(diào)模塊化擴(kuò)展能力，支持超大規(guī)模集群仿真。高端英特爾 (INTEL) 多核處理器與強(qiáng)大的 XILINX Kintex 7 FPGA 的整合實(shí)現(xiàn)了較大的模擬功率和亞微秒模擬時(shí)間，提升電力電子系統(tǒng)仿真的精確性。
RTDS：專有IBM PPC多核處理器+FPGA架構(gòu)，深耕電力系統(tǒng)保護(hù)與電磁暫態(tài)仿真，穩(wěn)定性受電網(wǎng)領(lǐng)域認(rèn)可，針對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)組件步長(zhǎng)通常50-100μs，針對(duì)快速開關(guān)過程的設(shè)備步長(zhǎng)通常2-5μs。

2.實(shí)時(shí)仿真模型搭建方式
在評(píng)估實(shí)時(shí)仿真（HIL）產(chǎn)品時(shí)，支持電路模型搭建的方式也是一個(gè)比較重要的性能指標(biāo)，這決定了用戶是否能夠自由地搭建想要模擬的電路拓?fù)洹?br /> 遠(yuǎn)寬能源：采用L/C開關(guān)細(xì)節(jié)模型和自研RonRoff大小電阻開關(guān)模型結(jié)合的搭建方式。對(duì)于低開關(guān)頻率的拓?fù)?，采用LC建模的方法；對(duì)于高開關(guān)頻率的場(chǎng)合，用戶可以選擇RonRoff的建模方式。滿足不同開關(guān)頻率拓?fù)涞牟煌抡嫘枨螅绕湓?0kHz以上的高頻場(chǎng)景中有效提升仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
Opal-RT：開發(fā)了基于 FPGA 的電氣硬件求解器 (eHS)，與 傳統(tǒng)數(shù)值積分法BE 相比，保真度有了顯著提高，尤其是在轉(zhuǎn)換器初級(jí)側(cè)諧振電感電流建模方面。
Speedgoat：開關(guān)函數(shù)建模（ABM），簡(jiǎn)化電力電子拓?fù)鋬?nèi)部的復(fù)雜度，降低對(duì)仿真硬件資源的占用，并減少模型計(jì)算量，提升計(jì)算速度，縮短仿真步長(zhǎng)。

3.實(shí)時(shí)仿真規(guī)模
遠(yuǎn)寬能源：?jiǎn)蜟PU核能以50μs步長(zhǎng)仿真1000個(gè)節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)網(wǎng)架、單臺(tái)設(shè)備可支持15個(gè)CPU Core并行仿真，支持對(duì)百兆瓦級(jí)光伏電站（包含14個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行12個(gè)平均值建模的光伏逆變器系統(tǒng)）進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；利用多機(jī)并行技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)15臺(tái)物理控制器和19臺(tái)控制代碼封裝控制器同時(shí)在環(huán)仿真。
RTDS：可處理大規(guī)模電網(wǎng)系統(tǒng)，例如包括數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)的交流輸電網(wǎng)絡(luò)、火電廠、水電站和負(fù)荷中心的主電網(wǎng)。
Opal-RT：OP4500 可模擬電網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)多達(dá)約200個(gè)。

4.實(shí)時(shí)仿真模型兼容性
遠(yuǎn)寬能源：兼容Simulink模型，一鍵編譯；提供Python自動(dòng)化測(cè)試API及HIL Scope工具，提升用戶研發(fā)效率；上位機(jī)全中文支持，適配本土用戶開發(fā)習(xí)慣。
Speedgoat：原生集成MATLAB/Simulink，支持從控制算法到物理模型的無縫銜接，覆蓋汽車、航空等跨領(lǐng)域應(yīng)用。
NI：支持MATLAB/Simulink，且支持與多種第三方物理模型和仿真軟件集成，例如車輛動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的CarSim、IPG CarMaker、VIRES VTD，以及多領(lǐng)域仿真工具AMESim等。

結(jié)語
實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)本質(zhì)是行業(yè)需求的多樣化映射——無論是遠(yuǎn)寬能源在多機(jī)并行與高頻電力電子仿真中的敏捷創(chuàng)新，還是RTDS在電網(wǎng)保護(hù)領(lǐng)域的深厚積淀，Opal-RT的開放集成生態(tài)，Speedgoat的跨學(xué)科覆蓋能力，NI靈活性高、軟硬件通用性強(qiáng)，都在共同拓展仿真技術(shù)的應(yīng)用深度與廣度。未來，隨著碳中和目標(biāo)的推進(jìn)，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)將更緊密融合AI與云計(jì)算，成為能源革命不可或缺的“數(shù)字引擎”。

審核編輯 黃宇