西莫电机圈

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

手机号码,快捷登录

手机号码,快捷登录

查看: 1588|回复: 1

[推荐] 数字孪生技术与MATLAB

[复制链接]

签到天数: 1 天

连续签到: 1 天

[LV.1]初来乍到

发表于 2021-10-22 17:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?立即注册

x
数字孪生(Digital Twin)是在基于模型设计MBD(Model-Based-Design)概念基础之上深入发展起来的,是指充分利用物理模型、历史数据等,借助辅助工具完成的多领域、跨学科的仿真过程,在虚拟空间中完成对物理系统整个生命周期的映射。
从而对设备、系统的健康状况、性能、发展趋势进行预判,同时结合实际的数据可对现场故障进行复现,以驱动维护更新和优化。
在电力行业,数字孪生技术被大量地用于小到一个设备,大到分布式能源、大电网系统的开发和虚拟仿真。
MATLAB用图3.png
上图为在 MATLAB/Simulink 中为可再生微电网能源管理系统建立的数字孪生模型,包含了柴油发电机作为基础发电机组,光伏发电厂与风力发电场结合,生产可再生能源;V2G(Vehicle to Grid)系统安装在系统的最后一部分,作为电网的负载。
微电网的规模大约代表了一个社区的 1000 户家庭在春季或秋季的低消耗的一天,基础模型中有 100 辆电动汽车,这意味着汽车和家庭之间的比例是 1:10。通过数字孪生模型就可以对整个分布式能源系统的运行进行 24 小时场景的全面仿真和测试,尤其是在一些极限工况下系统的反应,从而确保实际的物理系统安全稳定运行。
MATLAB用图4.png

同时,MathWorks 提供了帮助用户实现设计、实施、测试的完整工具链。模型仿真测试通过之后可以自动地将被控物理对象生成 C/C++ 等代码,编译下载到工控机等仿真测试设备;
而控制算法可以从模型自动生成 C/C++/PLC 等代码,通过 IDE 环境集成并下载到实际的工业控制器中,这样两部分就可以协同仿真完成系统的硬件在环实时测试 HIL(Hardware-in-the-Loop),确保实时性能无误后在投入实际系统使用。
下面我们来看两个数字孪生技术在电力行业应用的例子:
MATLAB用图5.png
加南大魁北克水电利用 MATLAB/Simulink 建立整个风电场模型
魁北克水电公司致力于开发、使用可再生能源,主要是水力发电和风能。在新风电场上线使用之前必须要考虑三个关键因素,即与电网的并网,预测发电量,并确保整个电力系统的安全、可靠运行。
这就必须确定当新的风电场连接到电网时,需要多少设备,如静态无功补偿器(SVCs)等,同时对电机瞬态和电磁瞬态稳定性(EMTs)进行分析,来确保电网和风电场之间动态相互作用的稳定性。
魁北克水电需要对单个风机的控制系统和输出功率进行建模,然后对整个风电场的 70-100 台风机进行仿真,以验证风电场的聚合性能,最后仿真风电场与电网的交互作用。
为了解决上述问题,工程师们使用 SimPowerSystems 的发电机、整流器、电容器、谐波滤波器和其他电力电子模块在 Simulink 中建立风力发电机模型,还建立了发电机控制系统的 Simulink 模型。
为了研究稳定性,在 Simulink 中使用双质量块系统模型对风机进行了力学仿真,该模型考虑了叶片的变桨和扭转效应等细节。魁北克水电公司的工程师们组装了一个由 73 个单独的风机模型和连接它们的电网组成的整个风电场的 Simulink 模型对风电场性能进行仿真。
使用 Simulink Coder,该团队从他们的 Simulink 和 SimPowerSystems 模型中生成 C 代码,在含 32 个处理器的超级计算机上运行 Hypersim 仿真环境。
最终快速、便捷、高效地完成了系统仿真、测试,确保了风电场性能及并网的安全性。

MATLAB用图6.png
Transpower 用 MATLAB/Simulink 开发储备管理工具确保新西兰国家电网的可靠性
Transpower 公司拥有并运营新西兰国家电网,这是一个向工业、商业、农业和家庭电力消费者输送电力的高压输电网络。必须平衡负载和发电,以保持电网的频率在 50 赫兹。
如果一台发电机组发生故障,另一台必须在 6 秒内接通,以保持这个频率,防止大范围停电。由于保留备用发电的成本很高,Transpower 必须精确计算所需的最小备用,以确保电网的可靠性在既定的风险容许范围内。
为了满足这一需求,Transpower 在 MATLAB® 和 Simulink® 中开发了储备管理工具 RMT 来建模和仿真新西兰的整个国家电网,包括整个电网的复杂模型,发电机、负载和新西兰两个主要岛屿之间的高压直流(HVDC)输电模型等。
首先,Transpower 公司的工程师创建了风力发电厂和水力发电厂的 MATLAB® 和 Simulink® 模型,这些发电厂构成了电网上的大部分发电机单元,单个电厂模型使用输入频率和 PID 控制器来计算输出功率,PID控制器增益使用 Control System Toolbox™ 进行调参;
其次,工程师们还开发了分布在该国两个主要岛屿上的 30 多个可中断和不可中断负载的模型,以及连接岛屿的高压直流输电线路 HVDC 的模型,然后在 Simulink 中,组装了一个完整的电网模型,包括负载、高压直流线路和大约 80 个发电机的模型;
最后,使用 MATLAB Compiler™ 和 Simulink Coder™,团队创建了完整模型的独立可执行文件,并将该模型与价格调度工具集成,用于以最低价格获取所需储备。新的 RMT 工具。每半小时运行一次基于最新电网信息的仿真,以确定当前需要的储备,充分地保障了国家电网的可靠运行。                        
西莫电机论坛微信公众平台正式上线!★详情请点击★ 西莫电机论坛会员交流专用群欢迎您西莫电机论坛加群请注明论坛用户名及所从事专业,否则不予通过

该用户从未签到

发表于 2021-12-6 12:35 | 显示全部楼层
谢谢楼主科普,楼主太强了
西莫电机论坛微信公众平台正式上线!★详情请点击★ 西莫电机论坛会员交流专用群欢迎您西莫电机论坛加群请注明论坛用户名及所从事专业,否则不予通过
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

QQ|小黑屋|手机版|Archiver|西莫电机圈 ( 浙ICP备10025899号-3 浙公网安备:33028202000436号

GMT+8, 2024-3-4 16:51 , Processed in 0.079839 second(s), 25 queries .

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2023 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表