Kommerzielle Energiemanagementsysteme mit MATLAB, Simulink und Simscape
Entwerfen, Modellieren und Simulieren von Energiemanagementsystemen für Rechenzentren, Fabriken und Gebäude
Mit MATLAB und Simulink können Sie reale Daten und Simulationsmodelle kombinieren, um das Verhalten komplexer elektrischer Lasten und Kühlsysteme zu untersuchen und zu optimieren. Entwickeln Sie geschlossene und überwachende Energiemanagementsysteme, die in Geschäftsgebäuden, Fabriken, KI-Datenzentren und Brennstoffzellen eingesetzt werden.
Im Rahmen des von KOICA geleiteten Projekts und des umfassenden Unterstützungsprojekts für Forschung und Entwicklung grüner Technologien in Marokko haben wir die gesamte Systemkonfiguration einer 300 kW Microgrid-Testumgebung entwickelt und erstellt und ein Model-Based Design SCADA aufgebaut, damit lokale Wissenschaftler es nutzen können.
Modellierung und Simulation der Auswirkungen des Energiebedarfs von Rechenzentren
MATLAB-, Simulink- und Simscape-Produkte unterstützen Ingenieure dabei, die Energieanforderungen von Rechenzentren zu modellieren, die durch das Wachstum von KI und Cloud-Computing angetrieben werden. Für Hyperscaler ermöglichen MATLAB und Simscape Electrical, die Gigawatt-Nachfrage an Leistung für die intensiven Rechenressourcen vorherzusagen, die Auswirkungen dieser komplexen, variablen Last auf das angeschlossene Verteilungssystem zu verstehen und zu bestimmen, wie die Ressourcen des Rechenzentrums am besten gekühlt werden können. Die lokalen Versorgungsunternehmen unterstützt Simscape Electrical dabei, zu verstehen, wie lokale Stromnetze aufgerüstet werden müssen, um den unvorhersehbaren Lasten Rechnung zu tragen, die Frequenz- und Spannungsschwankungen verursachen sowie unerwünschte Netzoberschwingungen einführen.
Modellierung des Energieverbrauchs von Rechenzentren
Sie können MATLAB-, Simulink- und Simscape-Produkte verwenden, um den Stromverbrauch der Hochleistungs-TPUs und Grafikkarten in den Rack-Servern zu modellieren und zu simulieren sowie die von den Systemen im Rechenzentrum oder dem gesamten Rechenzentrum erzeugte Wärme zu berechnen und den erforderlichen Kühlbedarf sowie den Energieverbrauch des Kühlsystems während des Betriebs zu planen.
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Analyse der Auswirkungen von Rechenzentren auf das Stromnetz
Sie können MATLAB, Simulink und Simscape Electrical verwenden, um die Belastung, die Hyperscale-Rechenzentren auf lokale Verteilungssysteme ausüben, zu modellieren und zu simulieren, indem Sie das stationäre und transiente elektrische Verhalten der Rechenzentren analysieren. Mit Simscape Electrical können Sie das Rechenzentrum sowie andere Lasten und Generatoren im Netz auf verschiedenen Genauigkeitsstufen modellieren, um Analysen durchzuführen, die von den langfristigen Stromanforderungen bis hin zu kurzfristigen transienten Störungen reichen. Diese Störungen werden durch Tausende von Stromrichtern verursacht, welche Oberschwingungen einführen und die Leistung verringern und damit Haushalte sowie Unternehmen betreffen, die das Stromnetz gemeinsam nutzen. Simscape Electrical ermöglicht es Ihnen, nichtinvasive Fehler in das Modell einzufügen, wodurch Sie die Widerstandsfähigkeit des Netzes gegenüber unvorhergesehenen Ausfällen besser verstehen können.
Ausgewählte Beispiele
Entwicklung von Energiemanagementsystemen für Gebäude
Mit MATLAB und Simulink können Sie intelligente und effiziente Energiemanagementsysteme (EMS) für Gebäude entwickeln, indem Sie dynamische Richtlinien umsetzen, Echtzeitdaten integrieren und den Automatisierungsgrad des EMS-Betriebs erhöhen. Nutzen Sie MATLAB und Simulink in Ihrem EMS-Entwicklungs-Workflow – von Datenzugriff und Modellierung bis hin zur Optimierung und Bereitstellung.
- Erstellen Sie Prognosemodelle für Energiebedarf und -erzeugung, Strompreis und Wetterbedingungen
- Modellieren, simulieren und entwickeln Sie optimale EMS-Regelungsstrategien für die Planung des Betriebs von Energie- sowie Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik-Systemen (HLK)
- Generieren Sie Code für Überwachungsregelungen auf Edge-Geräten und stellen Sie ihn auf Embedded-Reglern bereit
- Stellen Sie Software zur Betriebsoptimierung in Produktions-Cloud-Umgebungen bereit
EMS-Energievorhersagen für Gebäude
Mit MATLAB und Simulink können Sie datengestützte Prognosen von Umwelt- und technoökonomischen Faktoren durchführen, um den Betrieb Ihres Energiemanagementsystems für Gebäude zu optimieren.
- Greifen Sie auf Zeitreihendaten aus Dateien oder Datenbanken zu
- Führen Sie die Vorverarbeitung, Analyse und Visualisierung von Daten in MATLAB mit interaktiven Apps und Workflow-Automatisierungen durch
- Wählen Sie aus vordefinierten statistischen, ökonometrischen oder Machine-Learning- und Deep-Learning-Modellen
- Trainieren Sie Prognosemodelle parallel und bewerten Sie die Leistung der Modelle
- Integrieren Sie das trainierte Modell zur Energievorhersage direkt in Simulink, um Simulationen mit dem physikalischen Systemmodell durchzuführen
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Modellierung, Simulation und Optimierung von EMS für Gebäude
Sie können MATLAB und Simulink als Entwicklungsumgebung für die Modellierung von elektrischen Systemen, den Entwurf von EMS-Regelungen und die EMS-Optimierung verwenden.
- Erstellen Sie physikbasierte Modelle der Elektrik des Gebäudes mithilfe von Simulation von Energiesystemen Onramp und führen Sie Leistungssimulationen durch
- Entwickeln Sie Regelungsstrategien wie beispielsweise modellprädiktive Regler (MPC) und Reinforcement Learning für das EMS
- Formulieren Sie das Optimierungsproblem und lösen Sie es im Hinblick auf die optimalen Systemkonfigurationen mithilfe der Optimization Toolbox
- Simulieren Sie das Verhalten auf Systemebene mit verschiedenen Szenarien
- Analysieren Sie die technoökonomische Wirkung verschiedener Systementwürfe
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Validierung und Bereitstellung eines EMS für Gebäude
Sie können den Entwurf Ihres EMS für Gebäude validieren, indem Sie Code aus Ihrem Systemmodell generieren und damit schnell den Sprung von der Desktop-Simulation zur Echtzeit-Simulation schaffen. Sie können Regelungen auf Edge-Systemen und Betriebsmanagementsysteme in der Cloud bereitstellen.
- Generieren Sie lesbaren, effizienten C/C++ Code vom Reglermodell in Simulink für die Bereitstellung auf einem eingebetteten Prozessor
- Generieren Sie C Code für die Anlage für die Bereitstellung auf einem Echtzeitrechner
- Führen Sie Hardware-in-the-Loop-Simulationen (HIL) durch, um die Energiemanagementstrategien für Gebäude anhand der Elektrik zu validieren
- Stellen Sie Algorithmen zur Überwachungsregelung auf Edge-Geräten bereit
- Stellen Sie auf MATLAB basierende Algorithmen zur Betriebsoptimierung mithilfe von MATLAB Web App Server und MATLAB Production Server in Cloud-Umgebungen bereit
Modellierung und Simulation von PEM-Brennstoffzellensystemen
Eine effiziente Entwicklung von Brennstoffzellenanwendungen erfordert Simulationsmodelle mit einem entsprechenden Genauigkeitsgrad. Mit diesen Modellen können Sie den gesamten Entwurfsraum analysieren, Vor- und Nachteile von Entwurfsalternativen analysieren und Erkenntnisse für die weitere Entwicklung von Regelungssystemen gewinnen.
Mit MATLAB, Simulink und Simscape Electrical können Sie:
- Brennstoffzellenmodelle und Wasserstoff-Elektrolyseure modellieren
- Systemarchitekturen für Brennstoffzellen entwickeln
- Regelungssysteme implementieren
- Brennstoffzellen und Elektrolyseure in größere elektrische Systeme integrieren
Modellierung von PEM-Brennstoffzellen
Simulink und Simscape ermöglichen Ihnen mithilfe eines physikbasierten Ansatzes mit vorgefertigten Bibliothekskomponenten oder eines datengesteuerten Vorgehens mit Modellierungstools die Modellierung und Simulation von Brennstoffzell- und Elektrolyseursystemen.
- Untersuchung verschiedener Konfigurationen für Brennstoffzellenstapel und Elektrolyseure
- Modellierung von physikalischen Effekten in mehreren Domänen und von Anlagenkomponenten zur Regelung des Wasserstoffgas- und Luftstroms, des Wassertransports und der Wärmeerzeugung
- Bewertung elektrothermischer Verhaltensweisen zur Unterstützung der Entwicklung von elektrischen Systemen und Wärmemanagementsystemen
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Implementierung von Brennstoffzellenregelungen
Regelungssysteme spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung eines sicheren, langlebigen und effizienten Betriebs von Brennstoffzellensystemen. Mit Simulink und Simscape können Sie in kürzester Zeit Prototypen von Steuerungs- und Regelungslösungen erstellen und Code für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests und deren Bereitstellung generieren.
- Entwickeln Sie elektrothermische Regelungsalgorithmen zur Regulierung von Strom und Spannung, Feuchtigkeit, Druck, Wasser und Wärme
- Generieren Sie lesbaren, optimierten C/C++ oder HDL-Regelungscode für Brennstoffzellenmodelle
- Generieren Sie Code für das Regelstreckenmodell
- Führen Sie HIL-Tests in Echtzeit durch, um kostspielige Schäden am Hardware-Prototypen der Brennstoffzelle zu vermeiden.
- Stellen Sie Regelungscode für eingebettete Prozessoren oder FPGA/SoC-Geräte bereit
Brennstoffzellensysteme müssen zuverlässig und effizient sein. Mithilfe von MathWorks Tools gelingt uns dies. Und wir sind in der Lage, unsere Regelungsalgorithmen innerhalb kürzester Zeit zu entwickeln und zu simulieren, noch bevor wir sie in einem System erproben. Wir haben keine Zeit, unsere Algorithmen mit C oder C++ zu untersuchen. Glücklicherweise können wir unsere Ideen in MATLAB mit nur wenigen Zeilen Code testen. Das spart eine Menge Zeit und bringt uns unserem Ziel näher, ein kommerziell tragfähiges Energiesystem vor Ort zu schaffen.
Ausgewählte Beispiele
Ressourcen und Support
