陸玲霞， 萬克廳， 于 淼， 齊冬蓮

（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州310027）

0 引 言

近年來，隨著環(huán)境污染和能源短缺問題日益嚴(yán)重，加速能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和大力發(fā)展可再生能源已成為各國(guó)的共識(shí)［1-2］。融合太陽能、氫能、燃料電池等可再生能源的直流微電網(wǎng)技術(shù)已成為我國(guó)新能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，其對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源高效利用均具有重要意義［3-4］。

現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)不斷融合發(fā)展的背景下，直流微電網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展為信息空間與電力空間深度耦合的信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）［5-7］。直流微電網(wǎng)內(nèi)部接入的分布式新能源、儲(chǔ)能裝置和用電設(shè)備等大量智能電力設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、優(yōu)化控制和需求響應(yīng)等功能時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻繁交互的信息流與電力流，其信息感知的深度、廣度及密度均有大幅提升，對(duì)仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法提出了新的要求［8-9］。

直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究取得了一系列成果［10-11］，但依然存在一些固有的技術(shù)缺陷，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：首先是借助高性能仿真工具實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)中電力空間的實(shí)時(shí)仿真，但忽略了信息空間中通信架構(gòu)與數(shù)據(jù)流量的特性模擬［12-13］，無法研究和分析直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)內(nèi)部的耦合機(jī)制與交互特性；其次是在考慮信息空間特性仿真的前提下，采用一定的時(shí)間同步機(jī)制與仿真協(xié)調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)信息空間與電力空間的聯(lián)合仿真，但過度簡(jiǎn)化了信息物理耦合機(jī)制［14-15］或降低了信息空間的模型復(fù)雜度［16-18］，不足以模擬直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)中復(fù)雜的數(shù)據(jù)流量特性；最后是仿真實(shí)驗(yàn)裝置的復(fù)用性與可擴(kuò)展性較差［19］，限制了后續(xù)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)空間，不利于仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法的進(jìn)一步發(fā)展。

為滿足直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的仿真需求，自主設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)以嵌入式控制構(gòu)件為核心，配合RT-LAB、OPNET同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力空間的控制器硬件在環(huán)仿真（hardware-in-the-loop，HIL）與信息空間的系統(tǒng)在環(huán)仿真（system-in-the-loop，SITL），可基本覆蓋直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的各類運(yùn)行場(chǎng)景，為研究電力運(yùn)行與信息通信提供高效、可靠的仿真方法與實(shí)驗(yàn)裝置。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含3個(gè)構(gòu)件：以多個(gè)DSP控制板和信號(hào)調(diào)理電路組成的嵌入式控制構(gòu)件、以RT-LAB軟件、OPAL-RT仿真機(jī)組成的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件和以O(shè)PNET軟件和仿真機(jī)組成的通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

嵌入式控制構(gòu)件通過編程實(shí)現(xiàn)量測(cè)信號(hào)采樣、控制算法執(zhí)行、控制信號(hào)輸出、通信數(shù)據(jù)收發(fā)及人機(jī)交互等功能，可連接電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件進(jìn)行控制器硬件在環(huán)仿真，同時(shí)可連接OPNET及其他網(wǎng)絡(luò)硬件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在環(huán)仿真。

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件使用RT-LAB軟件編輯和調(diào)試電力系統(tǒng)模型，將其分割、編譯和裝載后由OPALRT仿真機(jī)的分布式計(jì)算核心進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真與動(dòng)態(tài)控制，同時(shí)借助其多路信號(hào)I/O模塊實(shí)現(xiàn)控制器硬件在環(huán)仿真。

通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件使用OPNET軟件在網(wǎng)絡(luò)層、節(jié)點(diǎn)層和進(jìn)程層界面中編輯通信網(wǎng)絡(luò)模型，將其編譯后按離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制進(jìn)行通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真，同時(shí)借助其實(shí)時(shí)仿真模型庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在環(huán)仿真。

上述3個(gè)平臺(tái)構(gòu)件相互獨(dú)立、并行運(yùn)作，其中嵌入式控制構(gòu)件作為平臺(tái)的核心構(gòu)件，是信息空間與電力空間之間的耦合接口與數(shù)據(jù)樞紐。平臺(tái)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為研究直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的電力能量潮流和網(wǎng)絡(luò)流量特性提供快速精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)裝置和高效便捷的驗(yàn)證手段。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括硬件部分和軟件部分，按實(shí)物節(jié)點(diǎn)控制、電力空間仿真和信息空間仿真分別集成為嵌入式控制構(gòu)件、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件和通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件。

2.1 嵌入式控制構(gòu)件

嵌入式控制構(gòu)件作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心構(gòu)件，負(fù)責(zé)聯(lián)立其他構(gòu)件以實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)CPS中的電氣變量控制與通信數(shù)據(jù)收發(fā)，其硬件部分主要包括若干塊獨(dú)立的嵌入式控制板和信號(hào)調(diào)理板，相應(yīng)的硬件布局方式如圖2所示。

圖2 嵌入式控制構(gòu)件的硬件布局示意

嵌入式控制板的主控芯片選用TMS320F28377D數(shù)字信號(hào)處理器，該芯片具備2個(gè)32 bit浮點(diǎn)微控制器單元、2個(gè)CLA實(shí)時(shí)控制協(xié)處理器、4個(gè)獨(dú)立的16 bit A/DC及24路PWM通道，專用于高級(jí)閉環(huán)控制應(yīng)用；嵌入式控制板的通信芯片選用W5300網(wǎng)絡(luò)芯片，該芯片具備TCP/IP協(xié)議棧、8個(gè)獨(dú)立的socket端口、內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層，應(yīng)用于高性能嵌入式領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；信號(hào)調(diào)理板的信號(hào)驅(qū)動(dòng)選用74HC244三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖芯片，該芯片具備2個(gè)4 bit三態(tài)緩沖器，常用于嵌入式設(shè)備輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)放大。

嵌入式控制構(gòu)件的軟件部分主要包括采樣信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換、核心算法實(shí)時(shí)運(yùn)算、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出、網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)收發(fā)以及人機(jī)交互功能，其相應(yīng)的軟件功能執(zhí)行框圖如圖3所示。

圖3 嵌入式控制構(gòu)件的軟件功能執(zhí)行框圖

信號(hào)采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能依靠DSP執(zhí)行相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序，調(diào)用4組雙模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Conversion，A/DC）將OPAL-RT仿真機(jī)輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)采樣信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；核心算法實(shí)時(shí)運(yùn)算功能依靠DSP的雙核CPU和CLA，按并行計(jì)算的程序架構(gòu)實(shí)現(xiàn)外設(shè)控制與實(shí)時(shí)計(jì)算；控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出功能依靠DSP配置片上ePWM模塊的運(yùn)行模式，將實(shí)時(shí)計(jì)算得到的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)整信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理板，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與信號(hào)驅(qū)動(dòng)后返回至OPAL-RT仿真機(jī)；網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)收發(fā)功能依靠DSP按預(yù)設(shè)的通信架構(gòu)，配置W5300中本地設(shè)備的IP信息及特定socket的運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備與其他設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交互；人機(jī)交互功能依靠嵌入式控制板電路主板上的按鍵電路及其電平檢測(cè)程序，在實(shí)時(shí)運(yùn)行過程檢測(cè)外部按鍵輸入以調(diào)整相關(guān)變量與算法。

2.2 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件主要基于實(shí)時(shí)仿真框架軟件包RT-LAB，該軟件專門應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電力電子、電機(jī)拖動(dòng)等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，可節(jié)約開發(fā)時(shí)間、降低設(shè)計(jì)成本并增加測(cè)試功能，其運(yùn)行機(jī)制框圖如圖4所示。

圖4 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的運(yùn)行機(jī)制框圖

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的硬件部分包括上位機(jī)和下位機(jī)：上位機(jī)又稱主機(jī)（Host PC），運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)并安裝RT-LAB和Matlab/Simulink等軟件，負(fù)責(zé)調(diào)試仿真模型、在線調(diào)整參數(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等功能；下位機(jī)又稱目標(biāo)機(jī)（Target PC），運(yùn)行QNX/Redhat

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，作為仿真模型的載體實(shí)現(xiàn)分布式實(shí)時(shí)運(yùn)算。

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的軟件部分包括模型設(shè)計(jì)與模型分割：模型設(shè)計(jì)是指在RT-LAB內(nèi)嵌的Simulink

界面中編輯與調(diào)試直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)量測(cè)與脈沖采樣模型；模型分割是指按照特定原則將系統(tǒng)模型中不同模塊劃分至不同的子系統(tǒng)，以保證分布式并行仿真的準(zhǔn)確性與速度。

在仿真進(jìn)程中，上位機(jī)中控制臺(tái)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)展示實(shí)時(shí)運(yùn)行過程中的人機(jī)交互界面，其內(nèi)部涉及直流微電網(wǎng)狀態(tài)信息展示模型與運(yùn)行工況切換模型；下位機(jī)中主級(jí)子系統(tǒng)和若干個(gè)從級(jí)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電氣變量的實(shí)時(shí)仿真與并行運(yùn)算，其內(nèi)部涉及直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的一次設(shè)備模型；下位機(jī)中特定的從級(jí)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)配合OPAL-RT仿真機(jī)的模擬輸出板卡和數(shù)字輸入板卡，實(shí)現(xiàn)與外部嵌入式控制構(gòu)件的數(shù)據(jù)交互，其內(nèi)部涉及狀態(tài)信號(hào)量測(cè)模型和控制信號(hào)采樣模型。

2.3 通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件

通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件主要基于網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)軟件包OPNET Modeler，該軟件采用面向?qū)ο蟮慕７椒ê蛨D形化的編輯器，提供全面支持通信系統(tǒng)和分布式的開發(fā)環(huán)境。同時(shí)，OPNET支持系統(tǒng)在環(huán)仿真模型庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)模型與真實(shí)硬件設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互和實(shí)時(shí)仿真，其運(yùn)行場(chǎng)景示意如圖5所示。

圖5 通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的運(yùn)行場(chǎng)景示意

通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的硬件部分包括高性能仿真機(jī)和網(wǎng)卡拓展器：高性能仿真機(jī)運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)并安裝OPNET Modeler軟件，負(fù)責(zé)調(diào)試仿真模型和實(shí)時(shí)通信仿真等功能；網(wǎng)卡拓展器由USB3.0分線器和若干個(gè)USB網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換器組成，負(fù)責(zé)完成對(duì)應(yīng)SITL

模塊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信。

通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真構(gòu)件的軟件部分包括模型設(shè)計(jì)與工程配置：模型設(shè)計(jì)是指在OPNET中進(jìn)程層、節(jié)點(diǎn)層和網(wǎng)絡(luò)層的編輯界面，逐層建模并按離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制進(jìn)行模型調(diào)試；工程配置是指按OPNET相關(guān)配置要求，調(diào)整工程文件中的仿真選項(xiàng)及參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在環(huán)仿真的實(shí)時(shí)性。

在仿真過程中：高性能仿真機(jī)搭建的直流微電網(wǎng)CPS通信網(wǎng)絡(luò)中包含實(shí)際節(jié)點(diǎn)和虛擬節(jié)點(diǎn)，其中實(shí)際節(jié)點(diǎn)即為嵌入式控制構(gòu)件接入網(wǎng)卡對(duì)應(yīng)的SITL模塊，虛擬節(jié)點(diǎn)是用于模擬直流微電網(wǎng)CPS中其他設(shè)備的通信節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各類通信設(shè)備；嵌入式控制構(gòu)件中的各個(gè)嵌入式控制板通過SITL模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)送至仿真網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換和路由轉(zhuǎn)發(fā)后傳輸至目標(biāo)地址，完成TCP數(shù)據(jù)包的通信流程；同時(shí)，OPNET仿真中可修改節(jié)點(diǎn)參數(shù)或配置故障模塊，以考察不同的通信架構(gòu)、路由協(xié)議和設(shè)備類型對(duì)通信性能的作用，并模擬延時(shí)、丟包和故障等工況對(duì)直流微電網(wǎng)CPS運(yùn)行特性的影響。

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試算例

直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包含多種運(yùn)行場(chǎng)景的直流微電網(wǎng)分布式協(xié)同控制測(cè)試算例。

3.1 測(cè)試算例基本概況

電力系統(tǒng)架構(gòu)及通信架構(gòu)如圖6所示：各個(gè)直流節(jié)點(diǎn)分別由分布式電源、DC/DC變換器和本地負(fù)載組成，4個(gè)直流節(jié)點(diǎn)接入直流母線組成直流微電網(wǎng)；同時(shí)按照?qǐng)D中的通信架構(gòu)，采取分布式協(xié)同控制策略［20］以實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的等電壓等負(fù)載率控制目標(biāo)。

圖6 測(cè)試算例電力系統(tǒng)架構(gòu)及通信架構(gòu)示意

通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖7所示：各直流節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的SITL模塊分別接入不同子網(wǎng)中的交換機(jī)，經(jīng)過路由網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與其他子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信；通信網(wǎng)絡(luò)中包含各類虛擬節(jié)點(diǎn)和預(yù)設(shè)業(yè)務(wù)模型，用于模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的流量特性與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

圖7 測(cè)試算例通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

3.2 正常運(yùn)行場(chǎng)景仿真

直流微電網(wǎng)CPS正常運(yùn)行仿真場(chǎng)景：物理側(cè)各直流節(jié)點(diǎn)執(zhí)行分布式協(xié)同控制策略以實(shí)現(xiàn)輸出電流標(biāo)幺值的一致性，信息側(cè)各節(jié)點(diǎn)間經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 正常運(yùn)行場(chǎng)景下算例仿真結(jié)果

圖8（a）為各節(jié)點(diǎn)輸出電流波形：仿真開始后經(jīng)過約15 s，各直流節(jié)點(diǎn)輸出電流的標(biāo)幺值在經(jīng)歷暫態(tài)過程后很快收斂至穩(wěn)態(tài)值。圖8（b）為OPNET中統(tǒng)計(jì)的各節(jié)點(diǎn)通信速率波形：各直流節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的SITL模塊與外部網(wǎng)絡(luò)（即嵌入式控制構(gòu)件的對(duì)應(yīng)DSP電路板）之間的收發(fā)速率基本保持不變；節(jié)點(diǎn)N2、N3由于同時(shí)和兩個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)交互數(shù)據(jù)，其收發(fā)速率約為N1、N4的2倍。

3.3 物理側(cè)故障場(chǎng)景仿真

直流微電網(wǎng)CPS中物理側(cè)發(fā)生故障的仿真場(chǎng)景：物理側(cè)在系統(tǒng)收斂至穩(wěn)態(tài)一段時(shí)間后，N2的電流采樣模塊發(fā)生故障，其采樣結(jié)果中增加了一個(gè)正弦分量，信息側(cè)的通信網(wǎng)絡(luò)模型保持正常運(yùn)行狀態(tài)。仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)故障場(chǎng)景下算例仿真結(jié)果

圖9（a）為各節(jié)點(diǎn)輸出電流波形：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)下運(yùn)行約25 s，N2的電流采樣結(jié)果中增加了正弦分量，該故障引起的控制失穩(wěn)隨即傳播至其他節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致直流微電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的輸出電流標(biāo)幺值都出現(xiàn)了正弦波動(dòng)。圖9（b）為OPNET中統(tǒng)計(jì)的各節(jié)點(diǎn)通信速率波形：由于物理側(cè)的采樣模塊故障不會(huì)影響到信息側(cè)的仿真進(jìn)程與數(shù)據(jù)收發(fā)，故各個(gè)直流節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的SITL模塊與外部網(wǎng)絡(luò)之間的收發(fā)速率波形與正常工況下無明顯差異。

3.4 信息側(cè)故障場(chǎng)景仿真

直流微電網(wǎng)CPS中信息側(cè)發(fā)生故障的仿真場(chǎng)景：信息側(cè)在系統(tǒng)收斂至穩(wěn)態(tài)一段時(shí)間后，N4對(duì)應(yīng)的SITL模塊發(fā)生故障，其格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)等功能全部失效，物理側(cè)的電力系統(tǒng)模型保持正常運(yùn)行狀態(tài)。仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)故障場(chǎng)景下算例仿真結(jié)果

圖10（a）為各節(jié)點(diǎn)輸出電流波形：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)下運(yùn)行約25 s，N4對(duì)應(yīng)的SITL模塊進(jìn)入故障停擺狀態(tài)，導(dǎo)致N4與其他節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信中斷；嵌入式控制構(gòu)件在檢測(cè)到通信中斷后將N4的控制策略調(diào)整為下垂控制，并刪除其采樣數(shù)據(jù)在其他節(jié)點(diǎn)中的對(duì)應(yīng)耦合項(xiàng)；控制策略調(diào)整后，N4運(yùn)行于預(yù)設(shè)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)收斂至新的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)并再次實(shí)現(xiàn)電流一致性。圖10（b）為OPNET中統(tǒng)計(jì)的各節(jié)點(diǎn)通信速率波形：隨著約25 s時(shí)N4對(duì)應(yīng)的SITL模塊發(fā)生故障，其收發(fā)速率全部驟降為0；同時(shí)N3由于與N4斷連，其收發(fā)速率減半；其余節(jié)點(diǎn)的收發(fā)速率基本保持不變。

4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景

構(gòu)建直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅可以為電力信息物理系統(tǒng)、連鎖故障傳播等教學(xué)案例提供實(shí)驗(yàn)裝置，而且能夠?yàn)橹绷魑㈦娋W(wǎng)領(lǐng)域的科學(xué)研究積累實(shí)操經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試數(shù)據(jù)。

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)

本平臺(tái)的基礎(chǔ)知識(shí)涉及電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、通信原理和嵌入式編程等多門學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，通過半實(shí)物調(diào)試過程鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力與科研思維。

4.2 科學(xué)研究支撐

本平臺(tái)可提供電力空間與信息空間的聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真，具備較強(qiáng)的仿真性能和充足的擴(kuò)展接口，便于開展相關(guān)建模研究與理論驗(yàn)證，為直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域的科學(xué)研究提供了良好的設(shè)備支撐和驗(yàn)證平臺(tái)。

5 結(jié) 語

本文基于RT-LAB、OPNET與嵌入式控制板，搭建了一種直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了包含多種仿真場(chǎng)景的測(cè)試算例，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了平臺(tái)各項(xiàng)功能的有效性與準(zhǔn)確性。本平臺(tái)相較于其他同類方案具有更高的仿真性能和更多的硬件接口，且具備較好的可擴(kuò)展性，為研究直流微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)提供了精準(zhǔn)、高效的仿真手段和便捷易用的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究具有重要意義。