借助MATLAB和Simscape开发建筑能源管理系统

工程师


使用


MATLAB


、


Simulink


和


Sim


scape Electrical 执行


电力系统


研究，以了解


电气


系统的动态特性并提高其效率。这些系统的规模和复杂程度各不相同，涵盖从公用事业级电网到电气化交通系统。

本文将带你了解借助 MATLAB 和 Simulink，您可以结合实际数据和


仿真


模型来研究和优化复杂电气负载及冷却系统的行为。开发用于商业建筑、工厂、


AI


数据


中心


和燃料电池的闭环和监控能源管理系统。

对数据中心能源需求的影响进行建模与仿真

MATLAB、Simulink 和 Simscape 产品帮助工程师对 AI 和


云计算


增长驱动的数据中心能源需求进行建模。对于超大规模数据中心运营商，MATLAB 和 Simscape Electrical 使其能够预测高强度计算资源所需的数千兆瓦电力需求，了解这种复杂可变负载对所连接配电系统的影响，并确定冷却数据中心资源的最佳方式。对于当地公用事业公司，Simscape Electrical 帮助其了解当地电网必须如何升级，以应对不可预测负载导致的频率和电压波动，及其引入的不良电网谐波。

数据中心功耗建模

您可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape 产品对机架服务器中的高性能 TPU 和


GPU


使用的电力进行建模和仿真，计算数据中心内系统或整个数据中心产生的热量，并规划运行期间所需的冷却和冷却系统功耗。

分析数据中心对电网的影响

您可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical，通过分析数据中心的稳态和瞬态电气行为，对超大规模数据中心给本地配电系统带来的压力进行建模和仿真。借助 Simscape Electrical，您可以构建数据中心以及电网上其他负载和发


电机


的不同保真度模型。在此基础上，您能执行多尺度的仿真分析：既涵盖长期的电力需求评估，也包括对短期瞬态扰动的研究。这些扰动往往由成千上万的电力变换器引起，它们不仅会引入谐波，还会导致功率下降，进而对共用同一电网的家庭和企业用户造成影响。Simscape Electrical 允许您向模型中添加非侵入式故障，帮助您更好地了解电网对意外停电的恢复能力。

精选示例与用户案例（点击文末阅读原文获取链接）

使用 Simscape 构建建筑能源管理系统

三相模块化多电平变换器

数据中心冷却

AC


/


DC


微网建模

电网潮流和谐波分析

WithBEER 构建包含 SCADA 系统的 300 kW 微网测试平台

开发建筑能源管理系统

借助 MATLAB 和 Simulink，您可以通过实施动态策略、整合实时数据以及提高 EMS 运营自动化水平来设计智能高效的建筑能源管理系统 (EMS)。MATLAB 和 Simulink 可贯穿整个 EMS 开发工作流，从数据访问和建模一直到优化和部署。

基于电力供需、电价和天气状况创建预测模型

建模、仿真，并设计出最优的 EMS 控制策略，以用于调度电力系统和 HVAC 系统运行

为边缘设备上的监督控制生成代码，并部署到


嵌入式




控制器

将运营优化软件部署到生产云环境中

建筑 EMS 能源预测

使用 MATLAB 和 Simulink，您可以对环境和技术经济因素执行数据驱动的预测，以优化建筑能源管理系统的运营。

访问文件或数据库中的时间序列数据

在 MATLAB 中使用交互式 App 和工作流自动化执行数据预处理、分析和可视化

从预置的统计、计量或


机器学习


和


深度学习


模型中进行选择

并行训练预测模型并评估模型性能

直接将 Simulink 中经过训练的能源预测模型与物理系统模型集成以进行仿真

EMS 建模、仿真和优化

您可以使用 MATLAB 和 Simulink 作为电气系统建模、EMS 控制设计和 EMS 优化的设计环境。

使用电力系统仿真入门之旅创建建筑电气系统的物理模型并运行性能仿真

为 EMS 设计控制策略，如模型预测控制 (MPC) 和强化学习。

使用 Op


ti


mization Toolbox 表示优化问题并求解最佳系统配置

用不同场景仿真系统级行为

分析不同系统设计的技术经济影响

建筑 EMS 验证和部署

您可以通过从系统模型生成代码来验证建筑的 EMS 设计，以便从桌面仿真快速转换为实时仿真。您可以将控制功能部署到边缘设备，将运营管理系统部署到云。

从 Simulink 中的控制器模型生成可读、高效的 C/


C++


代码，以便部署在嵌入式处理器上

为被控对象生成 C 代码以便部署在实时机器上

运行硬件在环 (HIL) 仿真以根据电气系统验证建筑能源管理策略

在边缘设备上部署监督控制算法

使用 MATLAB Web App Server 和 MATLAB Production Server 将基于 MATLAB 的运营优化


算法


部署到云环境中

精选示例与用户案例（点击文末阅读原文获取链接）

在 MATLAB 中利用计量经济学进行长期能源预测

使用偏正态分布进行电力现货价格的建模与仿真

住宅空气源热泵

冷却循环（空调）

房屋供暖系统

村田


制作所借助基于模型的设计将能源管理系统控制软件的开发时间缩短 50% 以上

武藏精密工业通过基于模型的设计缩短工厂能源管理系统的开发时间

PEM 燃料电池系统建模与仿真

燃料电池应用的高效开发需要具有适当保真度的仿真模型。这些模型使您能够执行设计空间探索，分析设计权衡，并帮助为


控制系统


开发提供依据。

使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical，您可以：

对燃料电池和氢电解槽进行建模

开发燃料电池系统架构

实现控制系统

将燃料电池和电解槽集成到更大的电气系统中

由 Nuvera 设计的氢燃料电池。

PEM 燃料电池建模

Simulink 和 Simscape 让您能够使用基于物理的方法（利用现成的库组件）或使用建模工具的数据驱动方法，对燃料电池和电解槽系统进行建模和仿真。

探索燃料电池堆和电解槽的不同配置

对多域物理效应和被控对象组件的平衡进行建模以调节氢气与空气流量、水传输和热量生成

评估电热行为以支持电气系统和热管理系统设计

实现燃料电池控制

控制系统在确保燃料电池系统安全、耐久和高效运行方面发挥着重要作用。使用 Simulink 和 Simscape，您可以快速原型化控制设计，并为硬件在环 (HIL) 测试和部署生成代码。

为


电流


和电压调节、湿度调节、压力管理、水管理和热管理设计电热控制算法

为燃料电池模型生成可读、优化的 C/C++ 或 HDL 控制代码

为被控对象模型生成代码

执行实时 HIL 测试，以避免对燃料电池硬件原型造成高昂的损坏

将控制代码部署到嵌入式处理器或


FPGA


/SOC 设备

精选示例与用户案例（点击文末阅读原文获取链接）

燃料电池系统

绿氢微网

在 Simscape 中设计燃料电池汽车模型

PEM 燃料电池系统

具有自定义库的 PEM 燃料电池系统

滑铁卢大学使用基于模型的设计开发出获奖的燃料电池技术

Plug Power 加速燃料电池控制系统开发